ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

MEXANIKA

УДК. 621.9

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

^иров MypT03a Шавкидинович Навоийский государственный горно-технологический университет, PhD доктор, доцент.

E-mail: toiro.murtoza@, mail.ru

Шавкидинова Нигина Муртоза кизи студентка Ташкентского Фармацевтического института. E-mail: niginamurtozayevna@,gmail. com

Аннотация. В этой статье анализируются различные марки современных высоколегированных быстрорежущих сталей, из которых изготавливают основную долю разных металлорежущих инструментов. Рассмотрен анализ их химического состава, механических, структурных и технологических свойств быстрорежущей стали. Обсуждаются различные процессы упрочняющих обработок сталей различных марок для замены твёрдосплавов.

Abstract. This article discusses various grades of modern high-alloy high-speed steels, from which the bulk of various metal-cutting tools are made. The article discusses the analysis of their chemical composition and characteristics of mechanical properties, structural and technological properties. Various processes of hardening treatments for steels of various grades to replace hard alloys are discussed.

Аnnotatsiya. Ushbu maqolada, zamonaviy tezkesar po'latlarning turli markadagi qotishmalari muhokama qilingan, volframli qattiq qotishmalardan tayyorlanayotgan kesuvchi asboblar o'rniga, zamonaviy markadagi tezkesar polatlardan tayyorlab metallarga metallarga ishlov berish mumkinligi haqida aniq ma'lumotlar keltirilgan. Maqolada tezkesar po'latlarning kimyoviy tarkibi, mexanik, struktura va texnologik xususiyatlarining tahlili ko'rib chiqilgan.

Ключевые слова: быстрорежущая сталь, химико-термическая обработка (ХТО), закалка, отпуск, нормализация, механические свойства, твердость, упрочнение, режущий инструмент, металлический сплав.

Key words: high-speed steel, chemical thermal treatment (CHT), hardening, tempering, normalization, mechanical properties, hardness, hardening, cutting tool, metal alloy.

^lit so'zlar: tezkesar po'latlar, kimyoviy termik ishlov berish (KTIB), toblash, normallash, mexanik xossalar, qattiqlik, mustahkamlash, kesuvchi asboblar, metal qotishmalari.

Введение. Быстрорежущие стали - это легированные стали, предназначенные главным образом для изготовления металлорежущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания. Впервые быстрорежущий металл для производства инструментов использовали британские инженеры. Изделия из такого сплава применяют для работы с металлами разной твердости, поэтому сталь называется rapidsteel, что переводится как «высокоскоростная».

Это свойство и английское выражение послужило основанием для записи типа быстрорежущих сталей и их марок в виде обозначения буквой «Р». В маркировке быстрорежущей стали буква Р означает, что сталь быстрорежущая, а следующая за буквой цифра - содержание средней массовой доли вольфрама в процентах, химический состав быстрорежущей стали приведена в 1-таблице. Могут быть такие легирующие элементы, как: М - молибден, Ф - ванадий. Цифры, следующие за буквами, означают их среднюю массовую долю в %. Приведем пример расшифровки на примере стали Р6М5, Р6М5К5 -сталь инструментальная быстрорежущая с содержанием вольфрама 6%, молибдена 5%, кобальта 5%. Рассматривая характеристики быстрорежущих сталей, следует отметить, что

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024

MEXANIKA

материал подобного типа специально создается для эксплуатации при высоком показателе трения, который возникает на моменту резания [1].

Объекты и методы исследований. В современном машиностроительном производстве обработка резанием по-прежнему играет ведущую роль. Поскольку основной путь повышения эффективности обработки резанием — работа с максимальной производительностью, наблюдается тенденция дальнейшего повышения скоростей резания, что, в свою очередь, требует повышения эффективности режущего инструмента. Производительность и стойкость режущего инструмента в значительной степени зависят от свойств инструментальных материалов [1,2].

1-Таблица.

Химический состав быстрорежущих сталей с карбидным упрочнением в %

Марка стали Химический состав, %

C W Mo Cr V Прочие

Стали умеренной теплостойкости (615...620 0С)

Р18 0,75 18,00 до 1,00 4,00 1,20 -

Р12 0,85 12,00 - 3,70 1,70 -

Р6М5 0,88 6,00 5,00 4,00 1,90 -

10Р6М5МП 0,97 6,00 5,20 4,10 1,90 -

Стали повышенной теплостойкости (630...650)

Р12Ф3 1,00 12,70 до 1,00 3,70 2,70 -

Р8М3К6С 1,00 8,00 1,70 3,70 17,00 6,30Co

Р9М4К8 1,05 9,00 4,10 3,30 2,30 8,00Co

Р12М3ФК8 1,30 12,00 3,10 4,00 2,10 8,00Co

1!тали пониженной теплостойкости (низколегированные)

Р3М3Ф2 0,98 2,80 2,70 4,50 2,90

11Р3АМ3Ф2 1,07 2,90 2,75 4,05 2,40 0,11 N

ЭП973 0,64 - 2,90 6,00 2,80 0,20 N

Р2М5 1,00 2,00 5,10 4,00 1,10 0,65 N

Р2М2Ф3 1,00 2,00 1,70 3,50 3,10 -

11М5Ф 1,06 - 5,50 4,00 1,40 -

РОМ4** 0,85 - 4,40 4,20 1,00 -

РОМ4Ф*** 0,90 - 4,20 4,20 1,00 -

Состав быстрорежущей инструментальной стали существенно повышает твердость металла, за счет чего он может работать на повышенной скорости. Быстрорежущие стали обладают высокой прочностью, могут успешно работать на большой глубине резания (сверла) и на высоких скоростях подач (резцы, сверла и др.) Характеристики быстрорежущей стали:

- Теплостойкость. Теплостойкость быстрорезов составляет 600-650 градусов в зависимости от состава и обработки.

- Твердость. Твердость быстрорезов - HRC 68-70. Стали быстрорежущих марок обладают даже меньшей твердостью по сравнению с обычными углеродистыми, если температура резания находится в нормальных пределах.

- Скорость резания. Первые инструменты из быстрорежущей стали допускали скорость резания 18 м/мин, затем появились инструменты со скоростью резания 35 м/мин. В настоящее время существуют скорости резания 60 м/мин и более.

- Износостойкость. Данный параметр у быстрорежущих сталей в 3-5 раз выше, чем у

Mexanika va Texnologiya ilmiy jumaU 5-jild, 1-son, 2024

МЕХАМКЛ

углеродистых и легированных сталей.

- Красностойкость. Данный параметр любого металла характеризует период времени, в течение которого инструмент, изготовленный из него, способен выдерживать высокую температуру, не теряя своих первоначальных характеристик. Быстрорежущие стали в качестве материала для изготовления режущего инструмента не имеют себе равных по данному параметру. Данный параметр у быстрорезов составляет приблизительно 4 часа.

Отдельное внимание стоит уделить горячей твердости, так как именно этот показатель в первую очередь и отличает быстрорежущую сталь от других сплавов. Это твердость, сохраняемая в горячем состоянии. Как известно, любой инструмент, используемый для выполнения обработки резанием, в процессе такой обработки интенсивно нагревается. В результате нагрева обычные инструментальные стали подвергаются отпуску, что в итоге приводит к снижению твердости инструмента. Такого не происходит, если для изготовления была использована быстрорежущая сталь, которая способна сохранять свою твердость даже при нагреве инструмента до 600 градусов. Что характерно, стали быстрорежущих марок, которые часто называют быстрорезами, обладают даже меньшей твердостью по сравнению с обычными углеродистыми, если температура резания находится в нормальных пределах, то есть в пределах 200 градусов.

Рассматривая применение износостойкого металла следует уделить внимание тому, что конкретный состав металла определяет его эксплуатационные качества, приведенное в 2,3-таблицах. Инструмент, изготовленный из подобного металла, может выдерживать длительную эксплуатацию. Область применения достаточно обширна. Рассмотрим область применения быстрорежущих сталей в зависимости от марок [3,4].

2-Таблица

Область применения марок быстрорежущей стали_

Марка стали Область применения

СтальР18 Для всех видов режущего инструмента при обработке углеродистых и легированных конструкционных сталей

СтальР12 Та же, что и для стали Р 18, также для обработки некоторых видов коррозионностойкой стали

Сталь Р6М5 Для изготовления резьбонарезного инструмента; для инструмента, работающего с ударными нагрузками

10Р6М5МП Для черновых и получерновых инструментов при обработке легированных и коррозионностойких сталей

3-Таблица

Назначение марок быстрорежущей стали

Марка стали Назначение

Сталь Р9 Резцы, сверла, фрезы, плашки, пилы, деревообрабатывающий инструмент

СтальР12 Фасонный режущий инструмент — фрезы, протяжки, метчики, плашки, резьбонарезные гребенки и др.

СтальР18 Метчики резьбовые фрезы, гребенки

Сталь Р6М5 Режущие инструменты для обработки металла всех видов

Сталь 10Р6М5 Инструменты для обработки резанием конструкционных сталей, медициниские инструменты

Сталь Р12Ф4К5 Инструменты для обработки резанием труднообрабатываемых сталей

Чтобы сверла, зенковки и прочие режущие изделия стали более твердыми,

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024

MEXANIKA

стойкими к коррозии и износу, их дополнительно обрабатывают, используя методы химико-термической обработки. При нагревании изделий в определенной жидкой или газовой среде нужные вещества проникают в атомную кристаллическую решетку железа.

Азотирование - поверхность насыщают азотом в газовой среде (80% азота и 20% аммиака, либо 100% аммиак). За 10-40 минут при температуре 500-600°С поверхностная оболочка укрепляется.

Цианирование - насыщение цинком поверхности в газовой или жидкой среде. Может проходить при высоких и средних температурах, длится от 5 до 45 минут. Высокотемпературный процесс проходит при t 800-900°С, низкотемпературный при 500-6000С градусах. Насыщение поверхности инструмента цинком придает ему отличную стойкость к износу.

Сульфидирование - насыщение изделий серой в течение 2-3 часов. Материал нагревают в серно-азотистых солях при t 550-600°С. Процесс также повышает износостойкость режущих кромок.

Для получения максимальной твердости и теплостойкости после ХТО и закалки от 1220 °С рекомендуется проводить отпуск при 600 °С, что интенсифицирует процесс дисперсионного твердения стали. После термической обработки стали по выбранному режиму рабочая твердость слоя возрастает до 67-69 НRC, теплостойкость (для 60 НRC) равна 675 °С, а ударная вязкость КС = 0,20 МДж/м2. Установлено, что с целью повышения ударной вязкости рекомендуется первый отпуск проводить при 560 °С, а второй и третий - при 600 °. После отпуска по такому режиму ударная вязкость стали возрастает до 0,26 МДж/м2 [4,5].

Установлено, что инструмент из стали типа Р6М5 подвергнутый ХТО, не уступает по твердости и износостойкости инструменту из двухкарбидных твердых сплавов типа ВК при снижении удельных затрат на материал в 1,2 раза, и затрат на вспомогательные материалы на 15-20% [1,2,7,8]. Это позволяет рекомендовать разработанные технологии изготовления режущих инструментов для штучное и мелкосерийных предприятий машиностроения, часовой промышленности, промышленности для изготовления медицинских инструментов, электроники и др. Трудно деформируемая сложнолегированная быстрорежущая горячекатаная сталь Р6М5 (0,9% С; 6,0 % W; 5,3% Мо;1,95% V; 4,0% Сг) в состоянии поставки (после отжига) является основной среди быстрорежущих сталей нормальной теплостойкости и широко применяется для производства быстрорежущих инструментов.

Полученные результаты. Эксперименты показали, что при сверхвысоких скоростях интенсивность износа снижается по сравнению с обычным резанием. Уже сегодня в ведущих странах мира используется высоко - и сверхскоростная обработка на скоростях резания 500-1500 м/мин и более, что оказывается возможным лишь при условии создания новых видов инструментальных материалов и более совершенных станков. Из-за высоких затрат на смазочно-охлаждающие средства (до 16% себестоимости обработки деталей) в настоящее время большое внимание уделяется так называемой «сухой обработке» резанием, также без применения темазочно-охлаждающих жидкостей.

В тех случаях, когда полный отказ от них невозможен, например, при сверлении, рекомендуется обработка с применением минимального количества СОЖ, так называемая MMS-технология (Minimalmengenschmierung), которая заключается в охлаждении зоны резания с небольшим количеством СОЖ, подаваемой под давлением до 0,6 МПа с помощью потока воздуха. Расход СОЖ, превращаемой в этом случае в аэрозоль, обычно не превышает 80 мл/ч. При этом исключаются затраты на подготовку и утилизацию СОЖ, очистку стружки и т.д. Так, например, по данным фирмы «Guhring» (Германия), при

Mexanika va Texnologiya ilmiy jumaU 5-jild, 1-son, 2024

МЕХАМКА

глубоком сверлении алюминиевого сплава ружейными сверлами отверстий диаметром 10 мм и глубиной 200 мм при таком способе подачи масляной СОЖ (через внутренние отверстия в сверле) удалось повысить стойкость инструмента в 4 раза, подачу - в 3 раза, а скорость резания увеличить с 130 до 160 м/мин.

Повышение жесткости и ветроустойчивости режущих инструментов позволяют повысить их стойкость, увеличить подачу, а следовательно, производительность процесса резания. У осевых инструментов это достигается за счет увеличения площади поперечного сечения корпусов инструментов и максимально возможного сокращения длины рабочей части, при обработке глубоких отверстий - за счет применения дополнительных опор в виде направляющих, стеблевых люнетов, виброгасителей и других устройств. При проектировании многолезвийных режущих головок, большое значение приобретает вопрос рационального распределения нагрузки между режущими зубьями (кромками), такая разработка оптимальна для резания металлов.

Например, при проектировании целноизготовленной (рис.1.) планетарной режущей головки используется современная быстрорежущая сталь Р6М5. В технологическом процессе это позволяет нам повысить надежность работы резания режущего инструмента, интенсифицирует режимы резания, обеспечит быструю сменность при их износе, так-как особенно важно при вырезке отверстий на любой металлоконструкции и деталях трубопроводов (рис.3.). Это новоизобретенная конструкция (планетарная режущая головка), позволяет создать широкую номенклатуру для изготовления корончатых планетарных резцов и других видов инструментов новейших конструкций.

С ростом технического прогресса современные машины становятся все более мощными и скоростными, для повышения надежности и долговечности деталей машин, обеспечения безвибрационной и динамических перегрузок, предъявляются высокие требования к точности размеров, формам и качеству поверхностей их деталей. В связи, в первую очередь ужесточают требования к точности режущих инструментов. Инструменты для производства характеризуются еще более узкими допусками на исполнительные размеры и биение режущих кромок, качество поверхностей детали и выход стружки из срезаемых отверстий приведеных на рисунке 4.

Практически доказанно что любой режущий инструмент, изготовленный из стали типа Р6М5 и другой, подвергнутые на нитроцементации, не уступают по твердости и износостойкости твердосплавам типа «ВК4, ВК6, Т15К10 и Т5К10», по этому при снижении удельных затрат составляет на материал в Р6М5 и другие быстрорежущие стали 1,2 раза [6,7,8]. Это позволяет нам дать рекомендацию предприятяй, изготавливать специальные режущий инструменты (планетарная режущая головка) из быстрорежущей стали, для вырезки заготовок из листового проката (рис-3), для изготовления деталей трубопроводов (фланцы, заглушки разного диаметра и разного давление Ду и РУ а также фланцевый патрубки) до 2,5 МРа.

Рис-1. Изобретенная планетарная режущая головка.

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024

MEXANIKA

После закалки:

Рис-2. Чертеж изобретенной планетарной режущей головки.

Рис-3. Процесс резания прокатных листов.

Одним из методов упрочнения режущего инструмента является метод лазерной закалки. Этот метод повышает работоспособность режущего инструмента в 2,5-5 раз за счет регулирования энергетических параметров при лазерной обработке в широком интервале, возможности обработки в воздухе без защитных газов, отсутствие твердых отходов при нагреве и охлаждении; сохранения высокой твердости быстрорежущих сталей, полученной в результате лазерной закалки, которая сохраняется и после отпуска за счет повышения износостойкости быстрорежущих сталей.

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali

5-jild, 1-son, 2024

MEXANIKA

Рис-4. Процесс резание детали трубопроводов .

После выполнения перечисленных технологий режущая часть инструмента должна пройти заточку, шлифовку. Марка стали Р18 используется для производства деталей, которые должны обладать повышенными эксплуатационными качествами. За счет внутренней структуры с мелкими зернами сплав показывает отличную износостойкость. Также данная марка отличается от прочих тем, что при термической обработке изделия из быстрорежущих сталей не происходит перегрева. Из сталей марки Р18 нельзя произвести высокоточный инструмент, так как заготовки невозможно обработать и хорошо отшлифовать.

Хорошими качествами в отношении прочности и пластичности, в отложенном виде одладает материал с обозначением быстрорежущей стали Р12, свойства которого аналогичны к металлу Р18. Заключение:

- практический доказано, что режущие головки из быстрорежущие стали производстве при резание металлов не уступает по твердости относительно по сравнение твёрдые сплавов.

- изобретенная режущая головка по технологическому параметру не уступает от заграничного аналогов.

- изобретенная режущая удобно для вырезки отверстий особенно для изготовление для детали трубопроводов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чаус A.C. Особенности микроструктуры W-Мо-быстрорежущей стали, модифицированной диборидом титана / A.C. Чаус, Ф.И. Рудницкий, М.О. Богачик., Г.Ю. Урадник // Металловедение и термическая обработка металлов. -2010. -№12. - С.3-8.

2. Креймер Г.С. Прочность твёрдых сплавов. М.Металлургия, 1966. 200 с.

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024

MEXANIKA

3. Зубков Н.С. Изготовление наплавленного металлорежущего инструмента / Н.С. Зубков, В.А. Тютяев, E.H. Зубкова. - Тверь: Изд-во ТГТУ, 1998. - 124 с.

4. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 448 с.

5. Барабонова И.А. Технологическая прочность быстрорежущей стали при газолазерной резке / И.А. Барабонова, М.Н. Елицкий, JI.E. Афанасьева, Н.С. Зубков // Материалы 10-ой Международной научно-практической конференции «Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки». - Санкт-Петербург. -2008.-С. 37-41.

6. Арляпов А.Ю., Галин Н.Е., Ким А.Б., Сбоев В.Н. Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Резание материалов и режущий инструмент» - Томск, 2012, - 35 с.

7. Артамонов Е.В., Ефимович И.А., Смолин Н.И., Утешев М.Х. Напряженно-деформированное состояние и прочность режущих элементов инструментов. — М.: Недра, 2001.-199 с.

8. Andilevko S.K., Shilkin V.A., Usherenko S.M. Some Results of the ExperimentaLInvestigations of the Super-Deep Penetration. // Shock Waves in Condensed Matter.: Proc. of Int. Cent. St. Petersburg

Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali

5-jild, 1-son, 2024