Быстрорежущая сталь
Методом порошковой металлургии возможно изготовление более прочного и износостойкого инструмента из быстрорежущей стали. Такой инструмент работает более эффективно, чем твердосплавный при обработке с ударом и снятии больших припусков.
С 70-х годов прошлого века твердосплавный инструмент начал постепенное вытеснение инструмента из быстрорежущей стали. Но в определенных нишах инструмент из быстрорежущей стали, особенно порошковой, отличающейся большей износостойкостью и прочностью по сравнению с обыкновенной, сохранил за собой лидерство.
Порошковая быстрорежущая сталь была разработана в конце 60-х годов прошлого века в Швеции, и инструмент из нее поступил в свободную продажу в начале 70-х годов прошлого века. Метод порошковой металлургии позволяет вводить в сталь большее количество легирующих элементов, при этом не происходит снижение прочности и обрабатываемости шлифованием. В результате из порошковой быстрорежущей стали получается износостойкий и прочный инструмент, который уверенно справляется с нагрузкой, возникающей при съеме большого припуска и прерывистом резании. В таких условиях твердосплавный инструмент достаточно быстро выкрашивается.
Получение быстрорежущей стали
Обыкновенная быстрорежущая сталь состоит из двух основных компонентов: карбидов тугоплавких металлов и окружающей их стальной основы. Карбиды вольфрама, молибдена или ванадия обеспечивают износостойкость инструмента. А окружающая их стальная основа обеспечивает прочность инструмента, благодаря которой он хорошо переносит ударные нагрузки.
При производстве обыкновенной быстрорежущей стали ее, в расплавленном виде, разливают в изложницы, в которых она постепенно охлаждается и кристаллизуется. В это время карбиды выделяются из расплава и формируют области скопления карбидов, располагаясь неравномерно. В некоторых случаях могут образовываться карбидные неоднородности очень больших размеров (до 40 мм в диаметре). Последующая обработка металла давлением уменьшает карбидную неоднородность, но полностью от нее избавиться невозможно.
С увеличением количества карбидных частиц для улучшения износостойкости, они увеличиваются в размере и скапливаются в виде карбидных неоднородностей. Это явление чрезвычайно пагубно сказывается на прочности инструмента, так как место скопления карбидов — это место зарождения трещин.
Порошковая быстрорежущая сталь, в отличие от обыкновенной, в расплавленном виде подается через специальную насадку через поток жидкого азота. Сталь быстро затвердевает в виде небольших частиц. Для образования карбидных неоднородностей в этих частицах недостаточно времени, в результате получается структура с равномерным расположением карбидов.
Получившийся порошок просеивается и помещается в стальной контейнер, в котором создается вакуум. Далее содержимое контейнера спекается при высокой температуре и давлении — таким образом достигается однородность материала. Этот процесс называется горячим изостатическим прессованием. После этого сталь обрабатывается давлением.
В результате получается быстрорежущая сталь с очень маленькими частицами карбидов, равномерно распределенных в стальной основе.
У различных производителей технологический процесс получения быстрорежущей стали может отличаться, но в любом случае он включает в себя обработку жидким азотом и горячее изостатическое прессование. Не стоит путать процесс получения быстрорежущей стали с процессом изготовления деталей из обыкновенной стали методом порошковой металлургии. В последнем случае происходит прессование стального порошка, разогретого до температуры плавления. В этом случае структура материала при использовании связки может получиться неоднородной.
Быстрорежущая сталь, изготавливаемая методом порошковой металлургии, сочетает в себе лучшие свойства быстрорежущей стали (прочность) и твердого сплава (износостойкость).
Обрабатываемость шлифованием порошковой быстрорежущей стали
Обрабатываемость быстрорежущей стали шлифованием определяется процентным содержанием карбидов ванадия. Карбиды ванадия обладают большей твердостью, чем зерна оксида алюминия, из которых изготавливают шлифовальные круги. По этой причине круги быстро изнашиваются. Из-за этого на шлифование обычной быстрорежущей стали с большим содержанием ванадия уходит много времени.
В порошковой быстрорежущей стали карбиды мельче и распределены более однородно, поэтому процесс отличается большей производительностью. Во многих случаях более высокая стоимость порошковой быстрорежущей стали полностью компенсируется ее менее затратной обработкой шлифованием.
«+» и «-» порошковой быстрорежущей стали
Мелкие, равномерно распределенные карбиды делают порошковую быстрорежущую сталь более прочной по сравнению с обыкновенной. Это имеет особое значение при удалении большого припуска и обработке с ударом.
Типичная обыкновенная быстрорежущая сталь содержит в себе около 8 процентов карбидов средней твердости, такое же их количество и в порошковой быстрорежущей стали. Однако карбидов высокой твердости (их количеством определяется износостойкость инструмента) в порошковой быстрорежущей стали гораздо больше (6% против 2%). В результате получается инструмент, который помимо высокой износостойкости обладает и высокой прочностью.
Порошковая быстрорежущая сталь обладает одним недостатком: она дороже обыкновенной, но дополнительные затраты компенсируются повышением производительности и стойкости инструмента. Кроме того, перетачивается инструмент легче.
Порошковая быстрорежущая сталь и твердый сплав
Основным конкурентом порошковой быстрорежущей стали является твердый сплав. Инструмент из твердого сплава обладает высокой износостойкостью, но и такой же высокой хрупкостью. Поэтому цельный твердосплавный инструмент не так часто используется для удаления больших припусков и работы с ударом.
Так как в порошковой быстрорежущей стали содержится большое число карбидов высокой твердости, ее износостойкость приближается к износостойкости твердого сплава. В то же время благодаря высокой прочности порошковая быстрорежущая сталь работает лучше цельного твердосплавного инструмента при снятии большого припуска или обработке с ударом. Порошковая быстрорежущая сталь особенно хорошо работает при резьбонарезании и фрезеровании.
Последним достижением при получении порошковой быстрорежущей стали стало изобретение процесса ее очистки — электрошлакового переплава. Благодаря электрошлаковому переплаву улучшается прочность материала и сопротивляемость выкрашиванию.
Стоит отметить, что благодаря высокой однородности расположения карбидов в порошковой быстрорежущей стали, стало возможным увеличивать их количество. Доля карбидов ванадия может достигать 14% в порошковой быстрорежущей стали в сравнении с 4% в обычной быстрорежущей стали. Несмотря на высокое содержание карбидов ванадия, материал обладает высокой прочностью и достаточно легко шлифуется.
При покупке инструмента из порошковой быстрорежущей стали будьте осторожны: многие производители из Восточной Европы и Азии для экономии не используют электрошлаковый переплав, что приводит к неоднородности расположения карбидов и выкрашиванию инструмента при работе.
Методы порошковой металлургии изменили представление металлообработчиков о быстрорежущей стали. Базовая технология вместе с последними достижениями в области очистки материала от примесей позволяют достичь высокого содержания карбидов в материале при сохранении прочности. Порошковая быстрорежущая сталь лучше обыкновенной и лучше твердого сплава при съеме большого припуска и обработке с ударом.
Оставить комментарий