CC BY
14
УДК 620.22
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-10-622-625
ОЦЕНКА И СПЕЦИФИКА БЫСТРОРЕЖУЩИХ, ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ
И КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
В.Г. Новиков
В работе проводится анализ некоторых марок сталей для применения их в определенных условиях. Приводятся характеристики параметров быстрорежущих сталей и расшифровка маркировок, применение материала, описана проводимая обработка инструмента, изготовленного из такой стали, с целью увеличения твёрдости его поверхностного слоя. Описание характеристик и состава легированной штамповой стали Х12МФ.
Ключевые слова: металл, быстрорежущие, легированные, материал, инструмент, конструкционная сталь.
В современной промышленности будь то машиностроение, судостроение, станкостроение, легкая промышленность повсеместно используют стали в качестве материала не только продукции, но и материла из которого изготовлено оборудование, строения и многие другие элементы. В связи с этим актуализируется вопрос о правильном применении сталей для того или иного случая, особенно это касается дорогостоящих сплавов, в состав которых входят хром, вольфрам и др. В работе будет проведено исследование, направленное на выявление механических и физико-химических свойств некоторых марок и групп сталей для определения их оптимальной сферы применения.
Быстрорежущие стали обладают уникальными возможностями, позволяющими использовать их для изготовления повышенной прочности инструмента. При этом обработка заготовок ведётся на увеличенных скоростях [1-3].
Быстрорежущая сталь имеет в своём составе различные добавки. Их присутствие необходимо для ускорения процесса резания. Это становится возможным благодаря следующим характеристикам материала [4-8]:
1. Высокой твёрдости. Инструмент сохраняет свои эксплуатационные качества при значительном трении в процессе резания.
2. Стойкостью к повышенным температурам. Такая сталь не теряет своих свойств даже при нагреве инструмента до 6000.
3. Устойчивостью к механическим воздействиям. Работающий на высокой скорости инструмент способен функционировать длительное время без разрушения.
Такие свойства определяются химическим составом материала. Классификация сталей приведена на рисунке.
В составе быстрорежущих сталей обязательно должен присутствовать вольфрам. При обозначении марки материала он имеет название «Р». Эта буква всегда ставится впереди. Затем следуют цифры, указывающие его процентное содержание. Кроме вольфрама, быстрорежущие стали содержат ещё кобальт, молибден и ванадий. Они имеют условное обозначение «К», «М» и «Ф». Количественное содержание вольфрама разделяет материал на 3 группы:
1. Сплавы, содержащие до 22% вольфрама. Такой материал маркируется Р6М5Ф2К8, Р10М4Ф3К10.
2. Стали, где количество вольфрама достигает 18%. Примером могут служить Р18Ф2К5, Р10Ф5К5.
3. В третью группу входят сплавы с количественным содержанием вольфрама до 16%. К таким маркам относятся Р12, Р6М5.
Все группы имеют свои особые характеристики и применяются в различных отраслях промышленности.
Применение быстрорежущих сталей ведётся в следующих областях:
1. Изготовление свёрл и фрез, которые имеют сложную конструкцию и получаются методом литья.
2. Производство резцов. Из быстрорежущей стали изготавливается только рабочая кромка инструмента. Для держателя используется более дешёвый материал.
3. В качестве напайки.
В задачу готового инструмента входит выдерживание больших нагрузок.
622
Технология и оборудование механической и физико-технической обработки
Чтобы изготовленный инструмент обладал нужными прочностными характеристиками, его кроме термической обработки подвергают ещё гальваническим операциям. К ним относятся:
1. Азотирование. Происходит насыщение поверхностного слоя азотом. Процесс протекает в течение 30-40 минут при температуре более 6000°. Это значительно уплотняет наружную поверхность инструмента.
2. Цианирование. Здесь вместе с азотом поверхностность насыщается ещё углеродом.
3. Сульфидирование. Процесс проводится в расплавленной среде сульфидов. Длительность процедуры составляет 3 часа при температуре 450-5600°.
После окончания гальванического процесса рабочая кромка инструмента шлифуется до необходимой чистоты поверхности. Это позволяет изготовленному инструменту эксплуатироваться длительное время.
Рис. Классификация сталей
Х12МФ расшифровывается как инструментальная легированная штамповая сталь. Этот вид сплава имеет высокую твердость, коррозийную стойкость. По свей структуре сталь плотная, устойчива к ударному воздействию. Изделия из сплава Х12МФ износостойкие и качественные. Х12МФ состоит из четырех главных элементов: углерода, хрома, марганца, кремния. Все эти перечисленные элементы обладают довольно хорошей прочностью, благодаря чему сталь получается такой же. Дополнительно добавляются Ванадий, Медь, Хром, Никель и прочие вещества. Температура ковки данного материала начинается при 1140°С, а заканчивается при 850°С.
Как правило, легированной сталью называют такие виды как Р6М5, р18, Р6М5Ф3, 3Х3М3Ф, 5ХНМ, 5ХНМ, Р7М2Ф6, 4Х5МФС, Р12МФ5 и прочие, в которые во время сплавки все нужные вещества добавляются в строгих пропорциях. Во время легирующего процесса в расплавленное железо вводят вещества, которые обладают повышенной прочностью, твердостью и жаростойкостью. Именно строгое соблюдение рецептуры дает стали вышеперечисленные свойства. Классифицируются легирующие стали, в основном по количеству легирующих элементов, качеству изготовления, способу последующей обработки, качеству примененной отделки поверхности.
Сталь марки Х12МФ чаще всего применяется для изготовления разных типов ножей. Такие ножи долговременно не тупятся и хорошо справляются со своими назначениями. Также из этого вида стали делают различные инструменты (резцы по дереву, измерительные и слесарные). Сталь также широко применяют для создания штампов.
Таким образом, были выявлены основные особенности некоторых марок и групп сталей с целью определения более оптимального их использования и снижения стоимости изделий. Настоящие рекомендации могут быть использованы при проектировании технологических процессов и выбора материала для того или иного объекта.
Список литературы
1. Материаловедение и технология металлов: Учебник для ВУЗов по машиностроительным специальностям / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. М.: Высшая школа, 2000. 637с.
2. Материаловедение: учебник для ВУЗов, обучающих по направлению подготовки и специализации в области техники и технологии / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. 5-е изд., стереотип. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 646 с.
3. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных ВУЗов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общ. ред. А.М. Даль-ского. 5-е изд., испр. М.: Машиностроение, 2003. 511 с.
4. Совершенствование технологических процессов машиностроительных производств: монография / А.С. Янюшкин и др.; под общ. ред. А.С. Янюшкина; Федеральное агентство по образованию. ГОУ ВПО «Братский гос. ун-т». Братск: Братский гос. ун-т, 2006. 302 с.
5. Материаловедение: учебник для высш. техн. учеб. заведений / Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; под общей ред. Б.Н. Арзамасова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 384 с.
6. Материаловедение и технология металлов: учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; под ред. Г.П. Фетисова. 3-е изд. М.: Высш. шк. 2006. 862 с.
7. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для студентов ВУЗов, обуч. по напр. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» / А.В. Шишкин и др.; под ред. В.С. Чередниченко. 3-е изд., стер. М.: ОМЕГА-Л, 2007. 751с.
8. Тарасов В.Л. Технология конструкционных материалов: Учеб. для ВУЗов по спец. «Технология деревообработки». М.: Изд-во Моск. гос. ун-т леса, 2006. 326 с.
Новиков Владислав Геннадьевич, студент, therealnovikov@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATION AND SPECIFICITY OF FAST-CUTTING, HIGH-ALLOY AND STRUCTURAL STEELS
V.G. Novikov
The paper analyzes some grades of steel for their application in certain conditions. The characteristics of the parameters of high-speed steels and the decoding of markings, materials of use are given, the processing carried out made of such steel, with the aim of increasing the hardness of its surface layer, is described. Description and composition of alloyed die steel Kh12MF.
Key words: metal, high-speed, alloyed, material, tool, structural steel.
Novikov Vladislav Gennadevich, student, therealnovikov@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University
