Инструментальные материалы

Быстрорежущие стали представляют собой высоколегированные инстру­ментальные сплавы ледебуритного класса. Для повышения структурной одно­родности литую сталь подвергают горячей обработке давлением, дробящей сетку эвтектики. В структуре прокованной и отожженной стали просматриваются крупные первичные карбиды: - осколки ледебуритной эвтектики, мелкие вторич­ные карбиды, выделившиеся в литой стали из аустенита при охлаждении сплава в интервале температур между эвтектическим и эвтектоидным превращениями, и очень мелкие эвтектоидные карбиды, входящие в сорбитный фон.

Высокая теплостойкость (красностойкость) быстрорежущих сталей дости­гается термической обработкой с получением высоколегированного мартенсита, способного сопротивляться отпуску вплоть до 600... 650°С и, следовательно, сохранять до этих температур высокую твердость, прочность, износостойкость. Степень легированности мартенсита определяется составом исходного аустенита. Чем выше температура нагрева, тем больше легирующих элементов (W, Мо, V), входящих в состав вторичных карбидов, растворяется в аустените. Поэтому бы­строрежущие стали нагревают при закалке до 1200... 1300°С. Первичные карби­ды в аустените не растворяются, но сдерживают рост аустенитных зерен, блоки­руя их границы. Быстрорежущие стали обладают весьма низкой теплопроводно­стью, поэтому их нагрев до температуры закалки ведут ступенчато с одной - двумя температурными остановками, что позволяет предупредить появление трещин. Высокая легированность аустенита предопределяет довольно низкие температу­ры начала и конца мартенситного превращения, обусловливающие, в свою оче­редь, сохранение при закалке значительных количеств (более 30%) остаточного аустенита, понижающего режущие свойства стали. Уменьшение содержания ос­таточного аустенита достигается двух -трехкратным высоким отпуском.

При отпуске из остаточного аустенита выделяются карбиды легирующих элемен­тов, что влечет за собой повышение температуры мартенситного превращения, и при охлаждении аустенит превращается в мартенсит. Для уменьшения количест­ва остаточного аустенита иногда закаленную сталь охлаждают в область отрица­тельных температур (-80°С), что также способствует увеличению количества мартенсита.

Быстрорежущие стали маркируют буквой Р, после которой следует число, указывающее на содержание вольфрама в процентах. В остальном маркировка такая же, как у легированных инструментальных сталей. Например, Р18 (18% W), Р6М5 (6% W, 5% Mo), P18К5Ф2 (18% W, 5% Со, 2% V).

Твердые сплавы - это инструментальные материалы, состоящие из частиц карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC), объединенных металлическим связующим компонентом (кобальтом), изготавливаемые методом порошковой металлургии. Твердые сплавы обладают высокой твердостью (до 90... 92 HRA), износостойкостью, красностойкостью (900... 1100°С).

Существуют сплавы следующих групп: вольфрамовые, титановольфрамо-вые и титанотанталовольфрамовые.

Вольфрамовые сплавы, например, ВК2, ВК8, ВК15, ВК25 состоят из карби­дов вольфрама и металлического кобальта (число, стоящее в марке сплава после буквы К, указывает на процентное содержание кобальта). Чем больше в сплаве карбида вольфрама, тем сплав тверже, но тем более он хрупок. Вязкость сплава, дающая возможность воспринимать ударные нагрузки, обеспечивается кобаль­том. Сплав ВК2, содержащий всего 2 % кобальта, обладает весьма низкой вязко­стью. Им можно вести лишь чистовую обработку, не сопровождающуюся дина­мическими нагрузками. Твердость же и износостойкость сплава настолько высо­ки, что позволяют обрабатывать закаленные стали. Сплав ВК8 более вязок, но менее тверд, менее износостоек и красностоек. Этим сплавом можно обрабаты­вать отливки по литейной корке. Сплав ВК15 может быть использован для арми­рования бурового инструмента, работающего по крепким породам со значитель­ными ударными нагрузками. Сплав ВК25 настолько вязок, что из него можно изготавливать детали штампов, воспринимающих удары, возникающие при рабо­те молота.

Титановольфрамовые сплавы, например, Т5К10, Т15К6, Т30К4 изготавли­вают из карбидов титана, карбидов вольфрама и металлического кобальта. В мар­ке сплава число, стоящее после буквы Т, указывает на содержание в шихте сплава карбида титана в процентах; число, после К, - содержание кобальта. Содержание карбида вольфрама определяют по разности. Так, в шихте твердого сплава Т5К10 содержится 5 % TiC, 10 % Со и 85 % WC. Карбид титана обладает еще более вы­сокой твердостью, чем карбид вольфрама. Чем больше в сплаве TiC (точнее твер­дого раствора карбида вольфрама в карбиде титана), тем большей твердостью и износостойкостью обладает сплав. Наиболее тверд сплав Т30К4. Сплавы с боль­шим содержанием кобальта (Т15К6, Т5К10) менее тверды, но обладают большей эксплуатационной прочностью. Применяют титановольфрамовые сплавы глав­ным образом для обработки сталей.

Титанотанталовольфрамовые сплавы изготавливают из карбидов титана, карбидов тантала, карбидов вольфрама и металлического кобальта. Например, шихта сплава ТТ7К12 содержит 7 % карбидов титана и тантала, 81 % карбида вольфрама и 12 % кобальта. Применяют титанотанталовольфрамовые сплавы для черновой (например, сплав ТТ7К12) и чистовой (например, сплав ТТ8К6) обра­ботки труднообрабатываемых материалов (жаропрочных сталей, титановых спла­вов и др.).