Характеристика быстрорежущих сталей: марки, производство и улучшение
Высокоуглеродистые инструментальные стали, характеризующиеся повышенным содержанием вольфрама, находят применение как в процессах обработки резанием, так и в технологиях холодного пластического деформирования. Название такого класса материалов – быстрорежущая сталь – связано со способностью противостоять поверхностному повышению температуры и связанной с ней перестройкой микроструктуры, что нередко случается при повышении скорости обработки. В зарубежной литературе такие стали относят к группе HHS (High Speed Steels).
Характеристика быстрорезов
Быстрорежущие стали обладают уникальными физико-механическими свойствами, которые делают их хорошими кандидатами для производства инструмента с оптимальным сочетанием высокой прочности, износостойкости, ударной вязкости и твёрдости. Главное же, что эти свойства позволяют быстрорезам сохранять устойчивость к высокотемпературному отпуску (до 600°C включительно), чего подавляющее большинство инструментальных сталей, даже легированных, не выдерживает.
Концепция легирования любой быстрорежущей стали основана на наличии в химсоставе более 7% вольфрама, молибдена и ванадий при содержании углерода более 0,6%.
Первоначально, до применения процессов термической обработки в печах с контролируемой атмосферой главным компонентом химсостава считался вольфрам. Впоследствии часть его была заменена молибденом. Причина заключается в том, что при длительном воздействии высоких температур размеры и количество карбидов вольфрама, железа и хрома существенно увеличивается, а инструментальный материал становится мягким и хрупким. Поэтому, в быстрорежущие стали (марки которых по отечественной терминологии начинаются с буквы Р), кроме молибдена в состав добавляют ванадий. Этот элемент активно участвует в формировании вторичных карбидов, которые обладают повышенной стабильностью при высоких температурах.
В связи с высоким содержанием углерода и вольфрама обычная твёрдость быстрорежущих сталей после их окончательной термообработки не бывает ниже 60…64 HRC. Быстрорезы характеризует превосходная закаливаемость, причём после термообработки эти стали имеют однородную твёрдость от поверхности к центру.

Области применения
- Изготовление режущего инструмента (свёрл, метчиков, фрез, развёрток, сменных вставок для зенкеров).
- Производство конструкционных деталей высокой износостойкости при повышенных температурах (например, кольца и вкладыши автомобильных клапанов).
- Штамповые стали для процессов холодного деформирования с заметным влиянием контактного трения (волочение, высадка, прессование, выдавливание).
В заявленных условиях быстрорежущая сталь должна соответствовать требованиям:
- Красноломкости.
- Высокой твёрдости.
- Прочностью на сжатие.
- Ударной вязкостью.
- Износостойкостью.
Для выполнения этих требований в составе быстрорезов часто присутствует кобальт – активный карбидообразующий элемент, особенно активно действующий при отпуске.
Особенности маркировки
Действующий ГОСТ 19265-73 классифицирует продукцию отечественного производства по следующим группам:
- С малым (до 1%) и повышенным (свыше 1 %) содержанием углерода.
- С обычным (до 12 %) и повышенным (свыше 12 %) содержанием вольфрама.
- С малым (до 1 %) и повышенным (до 5 %) содержанием кобальта.
- С наличием или отсутствием в составе растворённого азота ( при наличии азота в маркировке стали появляется буква А).
Поскольку все марки быстрорежущих сталей содержат в среднем по 1 проценту хрома, молибдена или ванадия, то цифровое обозначение содержания этих элементов в маркировке материала отсутствует.
Рекомендуется также в конце условного обозначения указывать – через тире – способ её получения (например, Ш – быстрорежущие инструментальные стали, полученные методом электрошлакового переплава).
Существенным является показатель балла карбидной неоднородности – І или ІІ. Он не указывается в маркировке (только в сопроводительной документации к партии выпущенного проката), но влияет на режим последующей обработки. Там же устанавливается целесообразность дальнейшего применения стали – для проката, который подлежит горячему деформированию, либо для механической обработки в холодном состоянии.
Методы производства и обработки
Несмотря на то, что значительную часть продукции быстрорежущих сталей по-прежнему производят прокаткой, более перспективным выглядит применение порошковой металлургии. Она позволяет получать детали с равномерным распределением карбидов и, следовательно, с изотропными механическими свойствами. Основным недостатком этого метода производства является его малая чувствительность к параметрам спекания, таким как температура и атмосфера. Более того, оптимальные условия определяются составом быстрорезов, при этом содержание углерода особенно сильно влияет на развитие микроструктуры и температуру спекания, причём содержание углерода и кислорода в исходном материале в процессе спекания претерпевает значительные изменения.
Критическая зависимость свойств HSS-сталей от содержания углерода привела к разработке метода компенсации потерь углерода во время производства. Было обнаружено, что наиболее надежный способ получения хороших результатов заключается в смешивании элементарного углерода (графита) с металлом, поскольку было продемонстрировано, что этот процесс может не только изменить состав, но и улучшить кинетику спекания.
Спекание происходит с помощью процесса суперсолидусного жидкофазного процесса, который позволяет достичь почти полной плотности полуфабриката. Важное отличие процесса от традиционного жидкофазного спекания заключается в том, что в первом случае жидкий расплав концентрируется не только на межчастичных границах, но также на границах зёрен, и внутри них.
Температура и содержание углерода являются наиболее важными переменными, поскольку они определяют объемную долю жидкой фазы, которая появляется в процессе уплотнения.
Высокие механические свойства и однородная микроструктура, полученные с помощью методов порошковой металлургии, а также возможность легко достичь почти полной плотности за счет точного контроля состава, температуры и атмосферы определяют широкие перспективы данного метода для производства HSS-сталей. Кроме того, для получения практически точных заготовок, используется литьё под давлением. Оно позволяет избежать дорогостоящих операций механической обработки.
Способы улучшения характеристик
Существующие недостатки быстрорезов – присутствие крупных избыточных карбидов, и, как следствие, повышенная хрупкость – предопределили необходимость улучшения свойств рассматриваемых материалов. В настоящее время поиски вариантов повышения эксплуатационных показателей ведётся по двум направлениям – оптимизации состава и разработки новых технологий термообработки.
В первом случае наиболее перспективным считается легирование кобальтом, вольфрамом и молибденом, с оптимизацией состава каждого из этих компонентов. Полученные стали (например, Р6М4К8Ф) характеризуются высокой твёрдостью, отличной красноломкостью, способности к ограниченной пластической деформации и хорошей ударной вязкостью.
Какая сталь – быстрорежущая? Та, что содержит повышенное количество вольфрама и карбидов. Поэтому концепция оптимального легирования предполагает:
- Осторожность в использовании повышенного процента кремния, избыток которого снижает ударную вязкость.
- Обязательное применение ванадия, который повышает стойкость при ударных нагрузках на инструмент.
- Ограничение марганца, повышающего риск растрескивания при термообработке.
- Использование молибдена, который улучшает механические показатели материала.
При разработке оптимальных режимов термообработки установлено следующее:
- Закалку и отпуск необходимо проводить в вакуумных печах с защищённой атмосферой;
- Исходная структура быстрорежущих сталей до термообработки должна представлять собой феррит+карбиды;
- Должна быть исключена возможность формирования крупной карбидной сетки, которая охрупчивает материал и снижает ударную вязкость.
- В процессе термообработки стали следует предварительно нагревать до 800°C, после чего охлаждать в печи со скоростью 15°C в час до 600 ° C, используя воздух в качестве охлаждающей среды.
Для достижения высокой ударной вязкости (при твёрдости 63 ± 1 HRC) перед окончательным нагревом материал предварительно нагревают в три этапа, до достижения температуры аустенитизации. Это уменьшает тепловые удары при посадке холодных заготовок в печь. Одновременно необходимо выравнивать уровни температуры на поверхности и в центе изделия. Уменьшение результирующих термических напряжений приводят к меньшим рискам с точки зрения растрескивания или искажения размеров заготовки.
Школьная программа без скуки: смысл произведений за 3 минуты, тесты на знание классики и ловушки русского языка. Короткие статьи, которых нет на сайте.
Перемена: игры на пять минут
Все тесты
- Английский язык
- Биология
- Химия
- География
- Окружающий мир
- История
- Русский язык
- Литература
- Биографии
- Краткие содержания
- Анализ стихотворений
- Орфография
- Правоведение
- Пунктуация
- Математика
- Подготовка к ЕГЭ
- Помощь студенту
- Физкультура
- Экономика
- ОБЖ
- Сочинения
- Обществознание
- Стихи
- Физика
- Информатика
- Религия
- Фонетический разбор
- Тест на тему To be going to: значение, правила употребления 5 вопросов
- Тест на тему Конструкция go on: значения, правила употребления, примеры 5 вопросов
- Тест на тему Be familiar with: значение и правила употребления 5 вопросов
- Тест на тему Британский vs американский английский: в чем разница? 5 вопросов
- Тест на тему Be mad about - как переводится и как использовать в речи 5 вопросов
- Тест на тему Be hooked on в английском языке: значение и примеры предложений 5 вопросов
- Тест на тему История сибирской язвы и как она стала оружием 5 вопросов
- Тест на тему Что такое “железное легкое” и как жилось узникам аппарата 5 вопросов
- Тест на тему Суть и методы клеточной инженерии 5 вопросов
- Тест на тему Злаковые растения - общая характеристика, признаки и список представителей 7 вопросов
- Тест на тему Семейство бобовые - общая характеристика, строение и представители 7 вопросов
- Тест на тему Суровый климат тайги: особенности, влияние на природу 10 вопросов
- Тест на тему Острова и полуострова Зарубежной Европы 10 вопросов
- Тест на тему Уровень урбанизации Африки: города растут, вызовы множатся 5 вопросов
- Тест на тему Уровень и особенности урбанизации Канады 5 вопросов
- Тест на тему Как найти полярную звезду и зачем ее искать? 5 вопросов
- Тест на тему Что нужно знать про контурные карты 5 вопросов
- Тест на тему Сколько в нашем мире языков? 10 вопросов
- Тест на тему Золото: сколько его осталось на планете и что это значит для нас? 10 вопросов
- Тест на тему Русские по всему земному шару: сколько нас на самом деле? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире фамилий? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире самолетов? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире денег? 10 вопросов
- Тест на тему Команда реформ: сподвижники Петра I 10 вопросов
- Тест на тему Экономика и управление: реформы Афанасия Ордина-Нащокина 10 вопросов
- Тест на тему Положение крестьян и указ Павла I о трехдневной барщине 10 вопросов
- Тест на тему Программа Южного общества и декабрист П. И. Пестель 10 вопросов
- Тест на тему Комитет общественного блага или Негласный комитет 10 вопросов
- Тест на тему Планы переустройства России: «Конституция» Муравьева 10 вопросов
- Тест на тему Как выполнить разбор наречия по составу 5 вопросов
- Тест на тему Правила правописания суффиксов наречий 5 вопросов
- Тест на тему Морфологический признак наречий: неизменяемость 5 вопросов
- Тест на тему Чем отличаются и как найти тему и рему в тексте? 5 вопросов
- Тест на тему Способы и примеры образования наречий 5 вопросов
- Тест на тему Особенности и применение составных предлогов 5 вопросов
- Тест на тему История создания рассказа «Матренин двор» А. Солженицына 5 вопросов
- Тест на тему История создания песни «Смуглянка» 5 вопросов
- Тест на тему История создания поэмы “Кому на Руси жить хорошо” Н. Некрасова 5 вопросов
- Тест на тему История создания романа “Как закалялась сталь” Н. Островского 5 вопросов
- Тест на тему История создания оперы М. Глинки «Иван Сусанин» 5 вопросов
- Тест на тему История создания знаменитой песни “Катюша” 5 вопросов
- Тест на тему Биография Владимира Вольфовича Жириновского 5 вопросов
- Тест на тему Биография поэта и писателя Льва Рубинштейна 5 вопросов
- Тест на тему Биография президента Белоруссии Александра Лукашенко 5 вопросов
- Тест на тему 10 интересных фактов про Афанасия Фета 5 вопросов
- Тест на тему 10 интересных фактов про Ивана Тургенева 5 вопросов
- Тест на тему Биография писателя и поэта Вячеслава Урюпина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание повести «А тем временем где-то» А. Алексина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание комедии «Мнимый больной» Жана-Батиста Мольера 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание комедии “Доходное место” А. Островского 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание новеллы “Падение дома Ашеров” Эдгара По 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание рассказа “Крепкий мужик” В. Шукшина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание пьесы «Золотая карета» Л. Леонова 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Каким бы малым ни был...” К. Кулиева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения «Цицерон» Ф. Тютчева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Поэт” М. Лермонтова 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Пора, мой друг, пора” А. Пушкина 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения «Шестое чувство» Н. Гумилева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Юбилейное” В. Маяковского 5 вопросов
- Тест на тему Особенности раздельного написания местоимений с предлогами 5 вопросов
- Тест на тему Правописание падежных окончаний прилагательных 5 вопросов
- Тест на тему Правописание слов с непроверяемой безударной гласной в корне 5 вопросов
- Тест на тему Нужно ли ставить запятую к фразе - "с уважением"? 5 вопросов
- Тест на тему «Во-вторых» или «во вторых» – как правильно пишется? 5 вопросов
- Тест на тему "Нету" или "нет" - как правильно писать и говорить? 5 вопросов
- Тест на тему Что нужно сдавать на бухгалтера? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на пилота 5 вопросов
- Тест на тему Какие экзамены нужно сдавать на фотографа? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на хореографа? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на актера? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на режиссера? 5 вопросов
- Тест на тему Реферат по физкультуре на тему: «Здоровое питание» 5 вопросов
- Тест на тему История развития лыжного спорта в разных странах - классификация и интересные факты 6 вопросов
- Тест на тему Важность самоконтроля при занятиях спортом 5 вопросов
- Тест на тему Как выполняются прыжки через козла? 5 вопросов
- Тест на тему Что такое здоровый образ жизни? 5 вопросов
- Тест на тему Как правильно выполнять кувырки? 5 вопросов
- Тест на тему Образ Шарикова в повести «Собачье сердце» М. Булгакова 5 вопросов
- Тест на тему Образы героев в повести «Невский проспект» Н. Гоголя 5 вопросов
- Тест на тему Московские главы в романе «Мастер и Маргарита» Булгакова 7 вопросов
- Тест на тему Описание образа бирюка из рассказа И. Тургенева 7 вопросов
- Тест на тему Образы героев в романе «Отцы и дети» И. Тургенева 7 вопросов
- Тест на тему Образы героев в повести «Котлован» А. Платонова 7 вопросов
- Тест на тему "Банты" - как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Конечно же» - выделяется ли слово запятыми? 5 вопросов
- Тест на тему «Подчеркивать» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Лифты» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Строку» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Апостроф» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов

