CC BY
7
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА_
Том 183 1968
МОЛИБДЕН В ЛИТЫХ ВОЛЬФРАМО-МОЛИБДЕНОВЫХ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЯХ
Е. И. МАРР
(Представлена гароф. докт. А. Н. Добровидовым)
В инструментальной промышленности в настоящее время имеется тенденция к замене вольфрамовых быстрорежущих сталей молибденовыми и вольфрамно-молибденовыми быстрорежущими сталями. Это объясняется тем, что стали с молибденом имеют лучшее распределение более дисперсных карбидов и высокую механическую прочность по сравнению с вольфрамовыми. Из общего производства быстрорежущих сталей США в настоящее время около 75% составляют молибденовые и вольфрамо-молибденовые стали и лишь 10% вольфрамовые [1]. В последние годы вольфрамо-молибденовые быстрорежущие стали получили широкое распространение и в нашей стране. Всесоюзный научно-исследовательский инструментальный институт рекомендует для применения в отечественной промышленности вольфрамо-молибденовые стали нормальной производительности следующих марок [1]: Р6МЗФ2, Р9М4 и Р12МЗ.
Таблица 1
№ плавок Химический состав в процентах Степень ле-гирозан-ности S(W4 2 Mo)
С Сг V W М0
15 0,74 3,46 2 70 2 04 2.29 7,6
11 0,75 3,84 2,70 2,06 6,85 15,0
12 0,72 3 80 2,56 1,90 8,40 18,7
1 0,92 3,50 2,61 1,90 2,46 6,8
2 0,91 3,06 2.51 1,95 6,50 15,0
3 0,93 3,78 2,51 1,90 8,40 18,7
4 0,94 3,23 2,65 1,82 15,18 32,2
7 1,25 3,61 2,56 1,74 2,46 6,7
8 1,25 3,20 2.56 1,90 6,72 14,9
10 1,29 3,75 2,47 1,94 8,70 18,5
В данной работе исследовалось влияние содержания молибдена и углерода в литых вольфрамо-молибденосых сталях на структуру и не которые свойства этих сталей. Химический состав данных сталей приведен в табл. 1.
Сталь выплавлялась в лабораторных условиях на высокочастотной установке в кислом тигле емкостью 1 кг. Разливка стали производилась в металлический кокиль с размером образцов 25X11X60 и 11X11X60 мм. При отливке в металлическую форму образцы получали закалку в процессе охлаждения. Твердость сталей в литом (закаленном) состоянии приведена в табл. 2.
Таблица 2
№ плавок
15 11 12 1 2 3 4 7 8 10
нис
В литом состоянии 61,5 62 51 60 61 61 35 53 57 60
После 3-кратного отпуска с оптимальной температуры 64,5 63 50 . 65 65,5 63,5 35 63,5 67 67,5
Как известно, структура литой быстрорежущей стали при быстром охлаждении может состоять из следующих составляющих: ô-фазы, темной составляющей (ô-эвтектоид), светлой составляющей (бесструктурный мартенсит и остаточный аустенит) и из сетки карбидной эвтектики. Исследование структуры показало, что ô-фаза во всех исследованных сталях отсутствует; сталь плавки 4 имеет феррит-ную структуру. Структура сталей с содержанием углерода 0,75—0,95% состоит из светлой фазы, окруженной сеткой карбидной эвтектики. Первичные зерна сталей делятся на субзерна, по границам которых располагаются мелкодисперсные карбиды (рис. 1). Темная составляющая (ô-эвтектоид) присутствует лишь в сталях с высоким содержанием молибдена, т. е. у сталей плавок 12 (рис. 2) и 3, причем с увеличением в стали содержания углерода (сталь плавки 3) количество темной составляющей уменьшается, что соответствует данным работам [4]. Стали с содержанием углерода 1,25% имеют зерна со структурой крупноигольчатого мартенсита и остаточного аустенита (рис. 3), окруженных сеткой карбидной эвтектики.
Стали подвергались специальному травлению на карбиды. Для сравнения структуры вольфрамо-молибденовых сталей -с вольфрамовыми были отлиты стали типа Р18 с 1,05 и 1,30%С. Карбидная сетка вольфрамо-молибденовых литых сталей (рис. 4), как и у вольфрамовых (рис. 5), располагается по границам первичного зерна, однако у сталей с молибденом она более тонкая, что отмечается и в работе [2]. Существенно отличаются эти стали и строением самой эвтектики. Литые вольф-
Рис. ]. Микроструктура стали плавки 15 в литом состоянии. X 450
Рис
2. Микроструктура стали плавки 12 в литом состоянии. X 450
рамовые быстрорежущие стали имеют «скелетообразную» форму карбидной эвтектики в результате слияния эвтектических карбидов, вольфрамо-молибденовые--эвтектическую форму (дисперсные карбиды зернистой формы), которая плохо разрешается даже при значительном увеличении (хбОО). Следует отметить, что с увеличением содержания молибдена при постоянном содержании углерода сетка карбидной эвтектики несколько утолщается, - однако величина зерна при
этом уменьшается. С увеличением содержания углерода также наблюдается уменьшение величины зерна.
С целью определения поведения данных сталей при отпуске производился последовательный отпуск в интервале температур 100—700°С по часу. Из анализа микроструктуры, твердости в литом состоянии и поведения при последовательном отпуске следует, что в стали плавки 4 произошло выклинива ние у-области. В стали плавки 12 из-за наличия большого количества темной составляющей (низкая твердость в литом состоянии) при последовательном отпуске не наблюдается эффекта вторичного твердения.
Из хода кривых последовательного отпуска и твердости в лмтом состоянии следует, что с повыше нием содержания углерода
Ш, .^'i количество и устойчивость
i^' ^ % г- fj" iff остаточного аустенита по-лчгч.Ш .f . м . • т, вышается; при повышении
содержания молибдена при постоянном содержании углерода количество остаточного аустенита уменьшается.
Для выбора оптималь ной температуры отпуска данные стали подвергались многократному отпуску по 1 часу при температурах 520—600°С через каждый 20°С и определялась красностойкостью сталей в зависимости от температуры 3-кратного отпуска.
Для этой цели образны сталей трехкратно отпускались по 1 часу в интервале температур 520—600°С. Красностойкость определялась путем замера твердости в холодном состоянии после 4-часового отпуска при температурах 575—650°С через каждые 25°С. Данные по определению красностойкости приведены в табл. 3.
л»
Рис.
3. Микроструктура стали плавки 7 в литом состоянии. X 450
Ш^шшШВть.
ч
m
ш .*
' ' j,';. •!»••"''■ "'Y. Л
.# ... У7
ч. " V Л
Рис. 5. Микроструктура литой стали Р18 с 1,3%С; X 600 (травитель: 10 г K3(CN)«f 10 г КОН на 100 мл воды)
При определении красностойкости было установлено, что красностойкость исследуемых сталей зависит от температуры предварительного отпуска. С повышением содержания углерода в стали красностойкость повышается.
Таблица 3
№ плавок 15 Н 1 2 3 7 8 10
Кр. 58°С 605 589 620 629 590 630 645 635
В результате исследования поведения сталей при многократном отпуске и определения красностойкости было установлено, что для сталей с содержанием углерода 0,75—0,95% следует считать оптимальными температурами отпуска 540—560°С; для сталей с 1,25% С—560—580°С. Максимальное значение твердости достигается в результате 2—3-кратного отпуска по Гчасу при этих температурах. При более высоких температурах отпуска твердость получается несколько меньшей после 1—2 отпусков и резко падает при последующих отпусках. При температурах отпуска ниже рекомендованных требуется большее количество отпусков для достижения максимальной твердости и для сталей с содержанием углерода 1,25%, в связи с большой устойчивостью остаточного аустенита оно равняется 6—7. На рис. 6 приведены графики многократного отпуска для сталей плавок 2 и 8.
12 3 4 5 6 7 8
1 2 5 4 5 6 7 8
Кратгюсто
отпуска '
Рис. 6
Данные настоящей работы показывают, что стали плавок И и 3 не могут быть использованы для режущего инструмента из-за сравнительно низкой твердости и красностойкости. Это следует, по-видимому, объяснить обеднением твердого раствора углеродом при наличии высокого содержания молибдена в этих сталях. Наилучшими твердостью и красностойкостью обладают стали плавок 2 и 8, что находится в соответствии с данными Ю. А. Геллера [3]. Стали плавок 15, 1 и 7 могут быть
использованы для изготовления режущего инструмента, так как при достаточно низкой легированности они имеют высокую твердость и достаточную красностойкость. Повышение красностойкости при переходе от стали плавки 15 к плавке 7 следует объяснить влиянием углерода.
Выводы
1. При одинаковой степени легированности литые вольфрамо-мо-либденовые быстрорежущие стали имеют более тонкую сетку карбидной эвтектики по сравнению с вольфрамовыми сталями.
2. Наилучшими твердостью и красностойкостью из данной серии плавок обладают стали с 2,0%\У и 6,5%Мо (плавки 2 и 8), причем с повышением содержания углерода твердость и красностойкость повышаются. ■
3. В качестве малолегированных быстрорежущих сталей могут быть рекомендованы стали с 2,0Ш и 2,5% Мо. Эти стали при малой степени легированности имеют сравнительно высокие твердость и красностойкость.
ЛИТЕРАТУРА
1. Г, А. ,К о с с о в ,и ч. Новые инструментальные материалы, улучшающие стой-*6сть режущего «н-струмента. М. 1965.
2. Г. А. Коссович, Ю. А, Геллер. МиТОМ Х® 5, 1964.
3. Ю. А. Геллер. МиТОМ № 7, 1965.
. 4, И. Т. Тихонов. Известия ТПИ, том 68, вып. И, а951.
