Краткое описание и применение.
Быстрорежущая сталь Р18 относится к быстрорежущим сталям нормальной производительности. Эта сталь, содержащая 18% вольфрама, долгое время была наиболее распространенной. Инструменты, изготовленные из этой стали, после термической обработки имеют твердость HRC 62-65, красностойкость 600о С и достаточно высокую прочность. Сталь Р18 сравнительно хорошо шлифуется. Существенным недостатком этой стали является большая карбидная неоднородность, особенно значительная в прутках большого сечения.
При увеличении карбидной неоднородности прочность стали снижается и при работе наблюдается выкрашивание режущих кромок инструмента и снижение его стойкости.
Большое количество избыточной карбидной фазы делает сталь Р18 более мелкозернистой, менее чувствительной к перегреву при закалке, более износостойкой. Из стали Р18 могут изготовляться всевозможные инструменты, в том числе такие сложные как шеверы, долбяки, протяжки и др.
Сталь Р18 относится к быстрорежущим сталям нормальной теплостойкости. Быстрорежущие стали наиболее характерны для режущих инструментов. Они сочетают высокую теплостойкость (500-650°С) в зависимости от состава и обработки) с высокими твердостью (до HRC 68-70), износостойкостью при повышенных температурах и повышенным сопротивлением пластической деформации. Быстрорежущие стали позволяют повысить скорость резания в 2 - 4 раза по сравнению со скоростями, применяемыми при обработке инструментами из углеродистых и легированных инструментальных сталей.
Быстрорежущие стали широко применяют для режущих инструментов, работающих в условиях значительного нагружения и нагрева рабочих кромок. Инструмент из быстрорежущих сталей обладает достаточно высокой стабильностью свойств, что особенно важно в условиях гибкого автоматизированного производства.
Высокие режущие свойства быстрорежущих сталей обеспечиваются легированием сильными карбидообразующими элементами (вольфрамом, молибденом, ванадием), элементами, повышающими температуру ( ' )-превращения (кобальтом, алюминием), и применением специальной термической обработки, заключающейся в закалке с высоких температур (1200 - 1300 °С) и отпуске, вызывающем дисперсионное твердение.
Для стали Р18 основным является карбид М6С (Fe3W3C).
Для получения высоких теплостойкости и твердости достаточно большая доля распадающегося карбида должна быть переведена при закалке в твердый раствор (аустенит, мартенсит), что насыщает его углеродом, вольфрамом, молибденом, ванадием, хромом.
Последующий отпуск при температурах 550-560 °C повышает твердость до максимальных значений вследствие выделения дисперсных, карбидов и распада остаточного аустенита.
В зависимости от химического состава, а следовательно, и уровня основных свойств быстрорежущие стали подразделяют на стали нормальной и повышенной теплостойкости (производительности). Если содержание ванадия не превышает 2%, их относят к быстрорежущим сталям нормальной теплостойкости (производительности). Это стали Р18, Р9 , Р6М5.
Быстрорежущие стали с более высоким содержанием ванадия, а также дополнительно легированные кобальтом относят к сталям повышенной теплостойкости (Р12Ф3 , Р6М5Ф3 , Р18Ф3К5 , Р9К5 , Р6М5К5 , Р9М4К8 и др.).
К группе быстрорежущих сталей повышенной производительности следует отнести и быстрорежущие дисперсионно-твердеющие сплавы с интерметаллидным упрочнением. Их высокая теплостойкость и режущие свойства обеспечиваются высокими температурами ( ' )-превращения и упрочнением вследствие выделения при отпуске интерметаллидов.
Для инструментов сложной формы, тонколезвийных, а также для инструментов, используемых при прерывистом точении, большее значение приобретают прочность и вязкость быстрорежущей стали.
Нагрев под закалку быстрорежущих сталей проводится при температурах и выдержках, обеспечивающих растворение специальных карбидов и легирование аустенита, для получения оптимальной теплостойкости. При закалке тонколезвийных инструментов небольших размеров (менее 3-5 мм) температура закалки снижается на 10-20 °С (балл зерна 11).
Для предупреждения образования трещин и повышенных термических напряжений нагрев под закалку ведут с одним или двумя подогревами. Первый подогрев при 400-500 °С, второй при 800-850 °С. Выдержку при окончательном нагреве выбирают из расчета 10-15 с на 1 мм диаметра (толщины) для инструмента диаметром 5-30 мм. Пусть толщина фрезы 3-5 мм, следовательно время выдержки при окончательном нагреве 40 c; температура - 1280 °С.
Время выдержки при подогреве обычно берут удвоенным по сравнению с выдержкой при окончательном нагреве.
Подогрев и окончательный нагрев под закалку быстрорежущих сталей, как правило, проводят в электродных соляных ваннах. Среда нагрева: при подогреве - смесь 78 % ВаС12 и 22 % NaCl (Тпл = 640 °С), при окончательном нагреве - в расплаве ВаС12 (Tпл = 962 °С). Для предохранения от окисления ванну раскисляют фтористым магнием.
Переохлажденный аустенит быстрорежущих сталей устойчив, вследствие чего они могут охлаждаться в любой среде - воздухе, масле, горячих средах при 500-560 °С. Будем охлаждать изделие в масле.
Отпуск быстрорежущих сталей выполняется при температурах 550-570 °С, 2-3 раза по 1 ч. Быстрорежущие стали с большой устойчивостью остаточного аустенита требуют трех- и даже четырехкратного отпуска. Будем выполнять трехкратный отпуск при температуре 550 °С.
При отпуске происходит выделение упрочняющих карбидов и распад остаточного аустенита. В результате быстрорежущая сталь получает высокую твердость, прочность и теплостойкость.
При закалке в аустените растворяется весь хром, 8% W, 1% V и 0,4-0,5% C. После закалки в структуре кроме мартенсита и первичных карбидов содержится 30-40% остаточного аустенита. Остаточный аустенит превращают в мартенсит при отпуске. Аустенит, обедняясь углеродом и легирующими элементами, становится менее устойчивым и при охлаждении ниже точки MН испытывает мартенситное превращение. Однократного отпуска недостаточно для превращения всего остаточного аустенита, поэтому применяют многократный отпуск.
Химический состав в % материала Р18
C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Mo | W | V | Co |
0.73 - 0.83 | до 0.5 | до 0.5 | до 0.4 | до 0.03 | до 0.03 | 3.8 - 4.4 | до 1 | 17 - 18.5 | 1 - 1.4 | до 0.5 |
Механическиесвойствастали Р18
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
tисп, 0С | σВ, Мпа | KCU, Дж/м2 | HRCэ |
Закалка 1280 °С, масло. Отпуск трехкратный по 1 ч. | |||
400 | 1370 | 23 | 61 |
500 | 1470 | 19 | 63 |
550 | 2350 | 17 | 66 |
600 | 2210 | 65 |
Твёрдость быстрореза Р18 после термообработки
Твердость | Температура, °С | |||
после отжига | после закалки с отпуском HRC3 (HRC), не менее | закалки | отпуска | |
НВ, неболее | диаметр отпечатка, мм, не менее | |||
255 | 3,8 | 63(62) | 1270 | 560 |
Температура критических точек стали Р18
Ar1=725 °С | Ar3(Arcm) =770 °С | Ac1=820 °С | Ac3=860 °С |
Физические свойства стали Р18
Температура испытания,°С | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа | 228 | 223 | 219 | 210 | 201 | 192 | 181 | |||
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа | 83 | |||||||||
Плотность, pn, кг/см3 | 8800 | |||||||||
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С) | 26 | 27 | 28 | 29 | 28 | 27 | 27 | |||
Уд. электросопротивление (p, НОм · м) | 419 | 472 | 544 | 627 | 718 | 815 | 922 | 1037 | 1152 | 1173 |
Температура, °С | Время, ч | Твердость, HRCэ |
620 | 4 | 59 |
Температура ковки | Начала 1200, конца 900. Охлаждение в колодцах при 750-800 С. |
Свариваемость | при стыковой электросварке со сталью 45 и 40Х хорошая. |
Шлифуемость | повышенная (ГОСТ 19265-73) |
Обрабатываемость резанием | Kv тв.спл.= 0,6 и Kv б.ст = 0,3 резанием при HB 212-228 |
Флокеночувствительность
|
не чувствительна |
Обозначения:
Механические свойства
|
|
sв | - Предел кратковременной прочности , [МПа] |
sT | - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа] |
d5 | - Относительное удлинение при разрыве , [ % ] |
y | - Относительное сужение , [ % ] |
KCU | - Ударная вязкость , [ кДж / м2] |
HB | - Твердость по Бринеллю , [МПа] |
Физические свойства :
|
|
T | - Температура, при которой получены данные свойства , [Град] |
E | - Модуль упругости первого рода , [МПа] |
a | - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град] |
l | - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)] |
r | - Плотность материала , [кг/м3] |
C | - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)] |
R | - Удельное электросопротивление, [Ом·м] |
Свариваемость
|
|
без ограничений | - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки |
ограниченно свариваемая | - сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке |
трудносвариваемая | - для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг |
Купить сталь Р18. Быстрорежущая сталь со средним содержанием углерода 0,8% и легированная вольфрамом(18%), хромом(4%), ванадием(до 1.4%).