Быстрорежущие стали(Ликбез)

Про все, що визначає ефективний різ - сталь, геометрія, зручне руків'я
Ответить
Аватара пользователя
Vityba
МАСТЕР
МАСТЕР
Сообщения: 952
Зарегистрирован: 03 фев 2008, 18:17
Откуда: Киев
Благодарил (а): 2 раза
Поблагодарили: 77 раз

Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Vityba »

Автор Алан Баликоев

1 Часть
Наверное, почти каждый, кто начал делать сам ножи, прошел через этап “нож из мехпилы”. А что, все логично - неплохая железка с уже сделанной ТО. Стоит копейки. Слесарка, сборка и нож готов. Как говорится, дешево и сердито.
А с на другом конце ножевой “табели о рангах” зачастую можно встретить ножи от известных фирм или мастеров индивидуалов, выполненные из “пафосных” быстрорезов, часто с запредельной твердостью.

А объединяет их одно – клинки этих ножей выполнены из быстрорежущих сталей. Как следует из названия этой группы материалов (по английски аналогично – High Speed Steel - HSS) они предназначены для резания с высокими скоростями. А что для этого нужно – высокая твердость, высокая теплостойкость и какая никакая “прочность”. И именно эти задачи стоят перед разработчиками этой группы сталей. Так как область применения этих сталей весьма широка (от дерева до титановых сплавов + они часто используются для штампов, работающих при высоких давлениях) то весьма разнообразна и их номенклатура. Стали различаются по системе легирования, составу и свойствам.


Первые стали, которые по составу можно было бы назвать быстрорежущими, появились в конце 19 века, однако именно комплекс состав + ТО, обеспечивающий получение высокой твердости и теплостойкости был отработан в 1912-1914 годах. Одна из старейших и наиболее широко используемых сталей типа Р18 (T1, 18%W и т.д.) не претерпела серьезных изменений с начала 20Х годов прошлого века. Основная номенклатура сталей была отработана к началу 70х годов.
Сейчас стали получают как методами “классической” металлургии, так, и, (в основном высоколегированные) порошковым переделом.

Давайте рассмотрим состав и структуру этих сталей подробнее.

У классических быстрорезов основными легирующими элементами являются вольфрам и молибден. Взаимодействуя с углеродом, они образуют карбиды (в сталях М6С и М2С), превращения которых в процессе ТО и определяют структуру и свойства этих сталей.

При высоком нагреве (в температура закалки этих сталей доходит до 1300С) эти карбиды частично растворяются в твердом растворе (у Р18 существенно меньше половины, у заэвтектоидных сталей последнего поколения – практически полностью). После резкого охлаждения фиксируется следующая структура:
Средне/высокоуглеродистый мартенсит (примерно 0.3С у Р18 и до 0,6С у сталей последнего поколения) высоколегированный вольфрамом/молибденом (а так же хромом, ванадием, кобальтом и т.д.). Именно высокое легирование этими элементами определяет высокую теплостойкость такого мартенсита.
Остаточный аустенит. Высокое содержание легирующих элементов при достаточно высоком содержании углерода (следствие высоких температур закалки, приводящих к растворению карбидов и обогащению твердого раствора легирующими элементами и углеродом) определяет высокое содержание остаточного аустенита (30-60%), что снижает твердость стали в закаленном состоянии.
Избыточные карбиды (первичные, эвтектические и часть вторичных), которые не принимают участия в процессах при ТО.
Как видно, полученная после закалки структура не обеспечивает получения требуемых характеристик. Относительно высокоуглеродистый мартенсит (даже высоколегированный) не обеспечивает высокую теплостойкость, а высокое содержание остаточного аустенита снижает твердость и стойкость к смятию. Как же быть? Выход – в многократном высоком отпуске. В сочетании с закалкой с высоких температур (при подходящем составе стали, разумеется) такая обработка носит название “обработки на вторичную твердость”

Давайте рассмотрим процессы, происходящие при этом.
Мартенсит частично распадается – их него выделяются ультрамелкодисперстные карбиды. Это процесс состоит как бы из двух противоположно направленных процессов: распад мартенсита приводит к уменьшению его твердости, а выделение мелкодисперстных карбидов – к упрочнению стали. На разных этапах (разных температуре и выдержке) один из этих процессов является определяющим. Сначала (при низких Т) преобладает разупрочнение вследствие распада мартенсита, на пике вторичной твердости выделение большого количества карбидов легирующих элементов приводит к повышению твердости, при более высоком нагреве снова преобладает разупрочнение (об этом ниже)
Выделившиеся карбиды, вследствие коалесценции увеличиваются в размерах, при этом падает их объемная плотность. Оба этих процесса приводят к разупрочнению стали.
При высоком нагреве остаточный аустенит дестабилизируетя и в процессе промежуточного охлаждения после отпуска частично превращается в мартенсит. Это приводит к увеличению твердости стали.
Обычно для быстрорежущих сталей проводят 3 отпуска при Т 550-580С (в особых случаях больше). Давайте рассмотрим происходящие при этом процессы (упрощенно).
При первом отпуске образовавшийся при закалке мартенсит распадается, выделяются карбиды легирующих элементов. При охлаждении часть остаточного аустенита превращается в мартенсит.
При втором отпуске превращение претерпевает “свежий” мартенсит, образовавшийся при первом отпуске, при охлаждении превращается очередная порция остаточного аустенита.
Третий (а иногда 4-5 отпуск) стабилизирует структуру, снимая напряжения. В структуре стали обычно остается не более 2-4% остаточного аустенита.

В результате в полностью термообработанном состоянии быстрорежущие стали имеют структуру высоколегированного низкоуглеродистого (0.1-0.2%С) мартенсита, упроченного мелкодисперстными карбидами + избыточные карбиды + немного остаточного аустенита.Именно эта структура обеспечивает твердость и теплостойкость.

На этом примере, кстати, хорошо видно, что состав стали и ее термообработка связаны как Ленин и Партия ☺.

В следующей части мы рассмотрим особенности легирования различных сталей этого класса и кратко остановимся на наиболее распространенных или интересных из них.

2 Часть

В первой части мы рассмотрели структуру, свойства и принципы легирования и ТО быстрорежущих сталей. В этой части мы рассмотрим их классификацию и поговорим о самых распространенных представителях этого класса сталей.

Итак, классифицировать быстрорежущие стали можно по разным параметрам, но наиболее употребимой является их классификация по производительности. Под производительностью в данном случае подразумевается производительность и стойкость при обработке металла, что ножеделу, в общем то, фиолетово, но эта самая производительность определяется тремя важнейшими факторами:
Вторичная твердость (что важно)
Красностойкость – способность сохранять эту твердость при высоком нагреве. Для наших применений это свойство, в общем, неважно, лишь бы сталь получала и сохраняла высокую твердость в процессе ТО.
Структура. В первую очередь количество и тип карбидов, что вместе с твердостью определяет износостойкость и влияет на технологические свойства, например ковкость и шлифуемость.
Традиционно, быстрорежущие стали делят на стали пониженной, нормальной и высокой производительности. Отдельными классами идут стали особо высокой производительности (сверхбыстрорежущие) и стали с интерметаллидным упрочнением. Несколько особняком стоит класс заэвтектоидных сталей (в англоязычной литературе их чаще называют non-ledebutitic HSS – неледебуритные быстрорежущие стали, что лучше отражает их специфику). Эта группа сталей не содержит (или почти не содержит) в структуре эвтектических карбидов и включает в себя стали пониженной, нормальной, а в последнее время и высокой производительности.


По системе легирования можно выделит вольфрамовые, молибденовые и вольфрамо-молибденовые стали. Несколько отдельно стоять стали легированные кобальтом. В большинстве случаев вторична твердость и теплостойкость корреллирует с суммарным содержанием вольфрама и молибдена. Для первичной оценки класса быстрорежущей стали можно воспользоваться “вольфрамовым эквивалентом” который равен Σ(W+xMo) где х может принимать значения 1.5-2 (обычно принимают х=1.5 для высоколегированных “классических” быстрорежущих сталей, х=1.75 для относительно малолегированных сталей пониженной производительности и х=2 для заэвтектоидных молибденовых сталей и сталей, упрочняемых карбидами M23C6). Обычно минимальный вольфрамовый эквивалент быстрорежущих сталей – это 7-8, типичный для сталей обычной производительности – 12-15, высокопроизводительные стали имеют такой же или несколько больший вольфрамовый эквивалент. С ростом эквивалента растет содержание карбидов вольфрама/молибдена, вторичная твердость и теплостойкость. Вместе с тем, ухудшаются механические и технологические свойства сталей.
А теперь давайте рассмотрим наиболее распространенные стали, их свойства, преимущества и недостатки. Сейчас в мире существуют многие сотни марок быстрорежущих сталей, поэтому мы остановимся лишь на наиболее представительных из них.

Р18 (T1) – пожалуй, старейшая из применяемых ныне быстрорежущих сталей. Благодаря высокому содержанию вольфрама (18%) сталь содержит много эвтектических карбидов, что благоприятно сказывается на ее стойкости при обработке труднообрабатываемых материалов. Сталь довольна стабильна при ТО и в отдельных случаях позволяет выполнять закалку “на глазок” – долгое время практиковалась закалка инструмента “на слезу” – инструмент нагревали в восстановительном пламени и термист мог ориентироваться по первым каплям расплавившегося науглероженного слоя. Из за высокого содержания вольфрама и низкого – ванадия сталь практически не содержит карбида МС и хорошо шлифуется

Из недостатков – сталь имеет достаточно низкие мех. свойства, и достаточно тяжело деформируется и имеет высокие Т закалки (1270-1290С).

Максимальная вторичная твердость в районе HRc 65.5.

Р12 и Р9 – вольфрамовые стали, в которых последовательно было уменьшено количество вольфрама и увеличено – ванадия. По структуре и свойствам близки к Р18, имеют несколько лучшую механику и худшую шлифуемость (особенно Р9).

Максимальная вторичная твердость HRc 66 и 64,5 соответственно. Закалочные температуры ниже, чем у Р18 (1240-1260С).

Р6М5 (M2). Наиболее универсальная и широко применяемая быстрорежущая сталь в мире. Тоже ветеран – была разработана в 30х годах прошлого века. Сейчас является своеобразным эталоном, с которым сравнивают новые стали. Замена части вольфрама молибденом улучшила мех. свойства, но сделала сталь более требовательной к соблюдению режимов при ТО, за что ее долго не любили на советских заводах. Сталь находит применение для изготовления клинков.

Закалочные температуры – 1210-1220 для режущего инструмента и 1160-1180 для штампов (и клинков). Максимальная вторичная твердость 65 и 62 соответственно.

Существует высокоуглеродистая версия – 10Р6М5, максимальная вторичная твердость HRc 66.

Р6М5Ф3 и Р6М5Ф4 (M4) – высокованадиевые версии Р6М5. Содержат в структуре заметное количество карбида МС, что определяет высокую износостойкость и плохую шлифуемость. По мех. свойствам не уступают Р6М5. Вторичная твердость до HRc 66.5. Сейчас практически заменили Р6М5 для производства клинков.

11Р3(А)М3Ф2-3(Б) (ABC III) – группа сталей пониженной производительности, разработанная в Германии во время второй мировой войны. Обладают мех. свойствами на уровне Р6М5 или несколько лучше, имеют несколько меньшую твердость (HRc 64) и теплостойкость. Из этих сталей часто изготавливают полотна для мех. пил, и таким образом они достаточно популярны у “самоделкиных”. Имеют несколько более низкие по сравнению с Р6М5 закалочные температуры (1150-1200С) и пониженную шлифуемость.

Р6М5К5 – один из самых старых и распространенных кобальтовых быстрорезов. Легирование кобальтом повышает вторичную твердость (до HRc 67) и теплостойкость, но снижает мех. свойства и ухудшает технологические свойства при горячей деформации и ТО.

Р2М8К8 (M42) – достаточно распространенный в США кобальтовый быстрорез, сочетающий высокую вторичную твердость (до HRc 68) со все еще приемлемой механикой. Из за высокого содержания молибдена и кобальта имеет весьма высокую чувствительность к обезуглероживанию при ТО. Идеологически (не по составу) к этой марке близки стали Р9М4К8 и Р9М4К6С.

Стали типа 160-245Р(9-11)М(2-8)Ф(5-6)К(8-16) (S390, Hap72, ASP2080, CPM REX121, Maxamelt и т.д.) - группа “сверхбыстрорежущих” сталей, производимых по порошковой технологии, сочетающих высокую твердость (до HRc72) и износостойкость (из-за высокого содержания карбида МС). Механические свойства достаточно низки. Шлифуемость удовлетворительная (спасибо порошковому переделу).

Стали с интерметаллидным упрочнением и стали с основным карбидом М23С6 мы в этой статье рассматривать не будем.
Под конец я хочу остановится на группе заэвтектоидных быстрорежущих сталей. В составе этих сталей (молибденовых) отсутствуют (или почти отсутствуют) грубые эвтектические карбиды, благодаря чему стали имеют высокую однородность структуры и механические свойства.

Родоначальником семейства стала американская сталь М50, которая активно применяется не только для режущего инструмента, но и для штампов и даже теплостойких подшипников. Из-за низкой вторичной твердости (63-64) и теплостойкости она относится к сталям пониженной производительности.

В СССР и -- были разработаны заэвтектоидные стали нормальной и высокой производительности.
11М5, 11М5ФСЮ стали, разработанные для замены Р6М5. Обладают лучшими мех свойствами и хорошей технологичностью (за исключением склонности к обезуглероживанию). Вторичная твердость высока (РКс 65-67)
11М7, 11М7ФСЮ стали высокой твердости (до HRc 68) и теплостойкости. Имеют характеристики высокопроизводительных кобальтовых быстрорезов при механических свойствах лишь немного хуже Р6М5.

17М6Ф5Б – высокованадиевая сталь, имеющая высокую твердость и износостойкость при хорошей механике.

На базе этих сталей нами разработана сталь типа 17М6Ф4Б2НТСЮ, которая должна сочетать высокую твердость (РКС 67+), износостойкость и высокие мех. свойства.
МОЙ КАНАЛ - ПРОХОДИМ НЕ СТЕСНЯЕМСЯ
https://www.youtube.com/channel/UCXxPN9 ... UzowP9MFOw
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

Дааа.... Р6М5, как говорится любовь прошла, а друзьями мы так и не стали...
Отправлен в гараж на всякий пожарный...так как сам нож отличная работа, отличного мастера...продать не захотел.
А там, с удовольствием рыбку сушенную к пивку режет :)(:?
kuhuk
Найфоман-эксперт
Найфоман-эксперт
Сообщения: 4517
Зарегистрирован: 18 апр 2008, 10:19
Откуда: kiev
Поблагодарили: 2 раза

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение kuhuk »

Barmaley писал(а):Р6М5, как говорится любовь прошла
Так у тебя первичка ведь...
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

да вроде "вторичка", хотя так на вскидку не скажу, не помню. Хотя может ты и прав.
kuhuk
Найфоман-эксперт
Найфоман-эксперт
Сообщения: 4517
Зарегистрирован: 18 апр 2008, 10:19
Откуда: kiev
Поблагодарили: 2 раза

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение kuhuk »

ВадимК - первичка.
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

А то мы как то долго рассуждали...но в итоге первичка
kuhuk
Найфоман-эксперт
Найфоман-эксперт
Сообщения: 4517
Зарегистрирован: 18 апр 2008, 10:19
Откуда: kiev
Поблагодарили: 2 раза

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение kuhuk »

Она выглядит весьма привлекательно по-отзывам. Моя, правда подкачала, но то другое.
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

могу подтвердить...мне кажется ей не хватает постоянства мастеров, и х12мф вон какие конфетки делают. А эту почему то игнорируют, ну или уж совсем не так повсеместна Р6М5...Правда и сам как то, попробовал найти саму сталь("срез" рынка и ресорсинга конечно не делал cvb34 ), должен сказать не так и просто, ну скажем в толщине 4,5мм.
Аватара пользователя
Aleks
Найфоман-эксперт
Найфоман-эксперт
Сообщения: 5450
Зарегистрирован: 18 сен 2007, 00:45
Откуда: Киев

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Aleks »

Barmaley
В такой толщине разве что фрезы дисковые или резцы отрезные. Но и там и там она калена на вторичную твердость, тогда как для наших задач гораздо интереснее, как по мне, первичка.
В отличии от Х12-х у быстрорезов намного более серьезные требования к качеству термички и к ее мощностям. Возможно, это и останавливает многих ножеделов от работы с нею с полным циклом производства.
Нельзя быть слишком богатым, слишком здоровым и слишком вооруженным (с)
Аватара пользователя
Vadim_K
МАЙСТЕР
МАЙСТЕР
Сообщения: 1001
Зарегистрирован: 18 сен 2007, 00:19
Откуда: Kiev

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Vadim_K »

Barmaley писал(а):Дааа.... Р6М5, как говорится любовь прошла, а друзьями мы так и не стали...
А что случилось? Вроде отзыв был положительный...
(Там закалка на первичку, если речь о моем ноже).
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

Да о твоем...
Отзыв и сейчас положительный, ведь твою работу как раз и брал для эксперимента. А не срослось потому как предсказуемо стала реагировать на влагу. Хотя я сам писал что особо не ржавеет, а потом просто сильнее потерлось травление и начало, причем как то неожиданно(вроде как сам по себе) и кусками. Поэтому в гараже несет службу))) рядом с нульовочкой))).
Твой бы нож, Вадим, еще один взял бы из Р6М5, только потолще, подлиннее, и обязательно фултанг.
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

Aleks писал(а):Barmaley
В такой толщине разве что фрезы дисковые или резцы отрезные. Но и там и там она калена на вторичную твердость, тогда как для наших задач гораздо интереснее, как по мне, первичка.
В отличии от Х12-х у быстрорезов намного более серьезные требования к качеству термички и к ее мощностям. Возможно, это и останавливает многих ножеделов от работы с нею с полным циклом производства.
А абсолютно все верно...
А что, больше никто не резал ничего быстрорезом??? Ладно kuhuk не повезло, а остальные то пробовали, или только мы вдвоем???
Аватара пользователя
Aleks
Найфоман-эксперт
Найфоман-эксперт
Сообщения: 5450
Зарегистрирован: 18 сен 2007, 00:45
Откуда: Киев

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Aleks »

На первичку не пробовол. Стандартным исполнением (вторичка) резал много всего, но здесь опыта у форумчан, думаю не меньше, поскольку материал достаточно распространен.

kuhuk
У тебя же есть Бенч с вроде М4. Не думаю, что там калена она на вторичку. Вполне себе опыт.
Нельзя быть слишком богатым, слишком здоровым и слишком вооруженным (с)
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

Обязательно пробуй первичку...меня вот переубедили, и правильно... :=(
Аватара пользователя
Aleks
Найфоман-эксперт
Найфоман-эксперт
Сообщения: 5450
Зарегистрирован: 18 сен 2007, 00:45
Откуда: Киев

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Aleks »

Barmaley
Да понимаю я, что потенциала у нее больше, чем может показаться на первый взгляд. Вопрос больше в возможности добыть изделие гарантировано стабильного качества. Материал то далеко не простой в обработке и термичке.
Нельзя быть слишком богатым, слишком здоровым и слишком вооруженным (с)
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

Где то видел ролик, как мужик сделал себе три ножа из быстрореза(не только Р6М5)...и какнат резал, так я выклчил на половине и промотал вперед, устал смотреть как он его режет...а ножики чуть ли не брили после этого...может кто понял, о каком ролике я, киньте ссылку...
Aleks
я лично, готов сотрудничать с мастером в развитии этой стали...в конце концов результат будет(а каким???)
Вадим, ждем ответа(это я так что бы ты не забыл, потрусить :-D ) :)(:?
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

а тут вооще говорят что у них 67 едениц http://www.youtube.com/watch?v=CUF644eAieU
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

стекло царапает или режет http://www.youtube.com/watch?v=lVmh8g7Qy4w
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

Barmaley писал(а):Дааа.... Р6М5, как говорится любовь прошла, а друзьями мы так и не стали...
Отправлен в гараж на всякий пожарный...так как сам нож отличная работа, отличного мастера...продать не захотел.
А там, с удовольствием рыбку сушенную к пивку режет :)(:?
Вот был в гараже пиво пил...покрутил, повертел, почистил(от пятнышек)...и не пойму то ли любовь возвращается, то ли друзьями становимся??? Хм, а это между прочим благодаря статье, тест свой перечитал, все взвесил...и вот те на
Точно что то домешиваешь... ::acute::
Аватара пользователя
Vadim_K
МАЙСТЕР
МАЙСТЕР
Сообщения: 1001
Зарегистрирован: 18 сен 2007, 00:19
Откуда: Kiev

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Vadim_K »

Barmaley писал(а):Точно что то домешиваешь... ::acute::
Приворотное зелье :) :-D
Barmaley

Re: Быстрорежущие стали(Ликбез)

Сообщение Barmaley »

:-D :-D :-D ...а я то думаю что такое, как только возьму твой нож, так и начинаю его крутить вертеть, да разглядывать :)
Ответить

Вернуться в «Сталі, геометрія, теорія та практика різання»