Rychlořezná ocel označuje legované (obsahující nečistoty) slitiny. Hlavní funkce kovu je zřejmá z jeho názvu. V tomto článku budeme analyzovat hlavní charakteristiky, vlastnosti, třídy a principy značení nástrojových ocelí.
Obecný popis
Speciální slitina pro rychlořezné oceli obsahuje uhlík, chrom, wolfram, molybden, vanad, kobalt a další nečistoty v různém procentuálním množství v závislosti na jakosti. Díky své struktuře dobře odolává teplotním vlivům (slitina). Proto je rychlořezná ocel klasifikována jako instrumentální.
Potřeba získat takový kov byla zvláště akutní v polovině 5. století. Dosavadní frézy z běžné oceli si se zpracováním materiálů ze dřeva a kovů tak dobře neporadily: rychle se opotřebovaly, při vysokých teplotách ztrácely tvar a snesly rychlost jen 1958 m/min. V roce 40 začali angličtí mistři experimentovat a experimentovat. Dlouho očekávaného úspěchu bylo dosaženo v Americe o XNUMX let později. Za vzhled rychlořezné oceli vděčíme inženýrům Taylorovi a Wattovi.
První rychlořezná ocel se stala základem pro jakost P18. Jeho maximální rychlost dosahovala 18 m/min. Další experimenty dalších chemiků vedly k vytvoření ultrarychlořezné oceli s řeznou rychlostí 35 m/min.
Všechny vedly k tomu, že produktivita strojů vzrostla 7krát ve srovnání s výše popsanými anglickými verzemi.
Vlastnosti a vlastnosti
Rychlořezná ocel je součástí GOST a má mnoho výhod. Výrobci na ně spoléhají při výběru konkrétní slitiny pro implementaci do systémů se zvýšenou produktivitou.
Pozoruhodné vlastnosti vysokorychlostních fréz zahrnují řadu faktorů.
- Tvrdost. Jeho uchování je důležité zpravidla pouze v případech silného zahřátí, nazývá se také „tvrdost za tepla“. Teplo vzniká v důsledku tření nástroje s jiným povrchem při vysoké rychlosti. V podobné situaci jsou oceli jiného typu podrobeny popouštění, čímž se stávají tažnější a nefunkční. Rychlořezná ocel vydrží až 600 stupňů Celsia, zatímco běžná ocel vydrží pouze 200 stupňů.
- Vysoká odolnost proti červené (nebo tepelná odolnost). Jedná se o důležitý ukazatel charakterizující časové období, kdy slitina v zahřátém stavu nemění své původní vlastnosti.
- Odolnost vůči destruktivním procesům. Zahřívání slitiny nebylo to jediné, čeho se chemici při jejím vytváření obávali. Materiál, ze kterého je nástroj vyroben, který mnohokrát opracovává povrchy různých typů, musel být obzvláště odolný a v důsledku toho mít dlouhou životnost.
Rychlořezná ocel kombinuje tyto vlastnosti: je odolná, nedrolí se ani neláme.
V závislosti na nečistotách obsažených ve slitině existuje několik hlavních typů rychlořezné oceli.
Patří sem: R18, R9, R6M5, dále oceli s vyšším obsahem vanadu a kobaltu: R12FZ, R6M5FZ, R18K5F2, R9K5, R6M5K5, R9M4K8 a další.
Poslední skupina se nazývá vysoce legované konstrukční, slitiny z ní jsou klasifikovány jako nerezové a vylepšené. Mezi žáruvzdorné a vysokopevnostní rozeznáváme R6M5, R18K5F2, R6M5K5, R12F4K5, R6M5F3, R9M4K8.
značkování
Sovětské a moderní třídiče oceli zahrnují speciální označení pro třídy rychlořezné oceli. Jejich dekódování je celkem jednoduché. V označení každé slitiny je vpředu umístěno písmeno „P“ (z anglického rapid – fast). Následující číslo udává obsah wolframu (písmeno „B“ není uvedeno) jako procento z celkové hmotnosti. Potom písmena „M“, „F“ a „K“ označují množství molybdenu, vanadu a kobaltu. Nástroje z rychlořezné oceli zahraniční výroby jsou obvykle označeny zkratkou HSS (High Speed Steel) a také HSSE (kobaltová ocel).
Některé prvky, které tvoří kov, však nemusí být při značení označeny. Typicky je to buď uhlík, jehož obsah se pohybuje od 0,7 do 1,5 %, nebo chrom, od 3 do 4,4 %.
Сферы применения
Slitina má širokou škálu aplikací. V závislosti na jakosti, jejích vlastnostech, složení a účelu se rychlořezná ocel používá v různých oblastech výroby.
Hlavně:
řezné a vrtací nástroje, řezné nástroje, frézy a závitníky;
výroba snímatelných břitů;
Části obráběcích strojů, které zpracovávají kov;
nástroje pro konečnou úpravu kovových výrobků, jejichž ruční zpracování je obtížné.
Podívejme se na několik populárních značek a jejich použití.
- R6M5. Slitina se používá při výrobě některých závitořezných a jednoduchých řezných nástrojů. Osvědčila se také jako poměrně levný typ oceli s dobrou tepelnou odolností.
- R6M5K5. Složitější sloučenina, která obsahuje kromě molybdenu, stejně jako předchozí slitina, kobalt, díky kterému je slitina odolnější. Nástroje vyrobené z tohoto materiálu se snadno brousí a jsou navrženy pro dlouhou životnost.
- R18. Používá se jako materiál pro zpracování konstrukční oceli a zachovává si řezné vlastnosti při maximálních teplotách. Toto není rozpočtová možnost, ale jeho analogem je slitina P9.
- R12. Je velmi podobná předchozí verzi, ale obsahuje méně karbidů a z tohoto důvodu je tažnější. Nástroje se z něj vyrábějí plastickou deformací. Všechny mají řezný účel.
- R9K5. Legovaná ocel tohoto typu je stejně jako P18 nezbytná pro zpracování jiných, složitějších kovů. Mezi nimi: nerezové, žáruvzdorné, vysoce pevné slitiny a další. Ve srovnání s R6M5 vydrží R9K5 3x déle.
Zpracování
Další akce se provádějí pomocí vysokých teplot. V důsledku toho se mění struktura materiálu. To se děje s cílem změnit vlastnosti kovu, jeho fyzikální a mechanické vlastnosti.
Žíhání
Rychlořezná ocel, která prošla fázemi válcování a kování, má vnitřní pnutí a stává se výrazně tvrdší. Z tohoto důvodu je třeba kov žíhat. Proces je zaměřen na uvolnění vnitřního pnutí, činí kov poddajnějším při zpracování a je připraven pro kalení.
Žíhání se provádí při teplotách od 850 do 900 stupňů Celsia. Vyšší teploty spolu s nevhodným stárnutím ocel naopak ztvrdnou. Slitina rychlořezných fréz se vyznačuje slabou schopností vést teplo, proto dochází k zahřívání tak, že teplota kovu stoupá pomalu a rovnoměrně.
Ve strojírenských závodech procházejí obrobky izotermickým žíháním. Během krátké doby se zahřejí na 900 stupňů a poté se přemístí na 2-3 hodiny do pece, kde teplota 720-730 stupňů Celsia uvede materiál do konečného stavu. Vnitřní pnutí, která se objevují po tepelném zpracování, se odstraní ochlazením v pecích o teplotě 400-450 stupňů a poté se nechají na vzduchu.
Žíhání, které probíhá ručně v peci, zahrnuje počáteční teploty 200-300 stupňů, které se postupně každou hodinu zvyšují o 150-200 stupňů. Proces je také ukončen ochlazením, nejprve v peci na 650 stupňů a poté při pokojové teplotě. Jedinou významnou nevýhodou této metody je rychlost: vyžaduje více času.
A také výrobky budou vyžadovat následné opracování, kalení a popouštění.
Kalení
Ke kalení dochází při teplotách nad 1300 stupňů Celsia. Pro úspěšné dokončení procesu je kov opakovaně temperován na 550-560 stupňů.
Po ochlazení zůstává na výstupu vysoce legovaný martenzit, obsahující mnohonásobně více wolframu, vanadu a chrómu než původní slitina. Tato struktura (martenzit) pomáhá vytvářet oceli, které vydrží extrémní teploty (600 stupňů).
Takové indikátory vysoké červené odolnosti jsou možné pouze při vytvrzení při velmi vysokých teplotách. Je důležité zajistit, aby celý proces probíhal správně – v nejhorším případě, jak se indikátory zvyšují, ocel se začne tavit.
Dovolená
Kalení vždy končí popouštěním. V závislosti na cílech je proces charakterizován různými časovými intervaly ve fázích a rychlostí poklesu teploty. Podle těchto ukazatelů se dovolená rozlišuje: nízká, střední a vysoká.
Čím nižší je temperování, tím nižší je teplota ochlazovaného kovu. Za „vylepšenou“ ocel se považuje ta, která prošla správným vysokým popouštěním.
Požadované teploty: 550-560 stupňů (to je téměř trojnásobek nízké teploty), doprovázejte stupně v intervalech 1 hodiny. V tomto případě probíhají uvnitř slitiny dva procesy.
Zahřívání a temperování podporuje uvolňování karbidu v drcené formě. Struktura rychle dosáhne martenzitu.
Chlazení pomáhá uvolnit vnitřní napětí.
Moderní výroba je nucena tento typ nahradit zrychleným způsobem temperování, ke kterému dochází při vyšších teplotách.
Zlepšení
Všechny výše popsané metody zpevnění slitiny často nestačí k tomu, aby byla ocel považována za vhodnou. Zlepšení zahrnuje externí zpracování hotové součásti. Musí být předem nabroušen, nabroušen a podle potřeby vytvrzen.
Existuje několik způsobů, zde jsou některé z nich.
Nitridace. Díl je umístěn v plynném prostředí (80 % dusíku a 20 % amoniaku nebo 100 % amoniaku). Trvá 10 až 40 minut při 550-6600 stupních. Metoda je zaměřena na zpevnění horních vrstev.
Kyanidace. Znamená nasycení uhlíkem a dusíkem. Díly jsou ponořeny do taveniny (kyanid sodný). Tloušťka vrstvy závisí na době a teplotě procedury.
Sulfidace. Přibližně stejným způsobem jsou díly umístěny do tekuté taveniny (sulfid a síra). Čas: 45 minut – 3 hodiny. Teploty: 450-5600 stupňů Celsia.
Dnes je k dispozici mnoho různých druhů oceli. Existují kovy, které jsou zahrnuty do samostatné skupiny HSS. Takové materiály se obvykle používají k výrobě různých nástrojů pro řezání kovů. V tomto článku budeme hovořit o existujících podtypech ocelí HSS a také pochopíme oblasti jejich použití.
Obecný popis
HSS je označení pro celou skupinu rychlořezných kovů. Dotyčná slitina se aktivně používá v mnoha průmyslových odvětvích a je po ní poptávka. Dekódování této skupiny materiálů je High Speed Steel, což znamená „ocel pro práci při vysokých rychlostech“.
Rychlořezná ocel se dnes vyrábí tradičními metodami – litím slitiny do ingotů. Poté jsou takové polotovary válcovány a kovány. Kromě toho jsou HSS materiály vyráběny pomocí práškové metalurgie. Při této možnosti se stříkají ocelové trysky s dusíkem.
Uvažované kategorie kovů patří do skupiny s vysokým obsahem uhlíku. Obecně platí, že vysoce kvalitní nástroje vyrobené ze slitiny HSS se vyznačují úrovní tvrdosti 62-64 HRc. Hlavní výhodou ve srovnání s většinou tvrdokovových nástrojů jsou jejich dobré pevnostní charakteristiky a také dostupnější cena hotových vysoce kvalitních nástrojů. Uvažovaný typ oceli vykazuje své vlastnosti pozoruhodně dobře za podmínek přerušovaného řezání.
Ocel patřící do skupiny HSS je s vysokým obsahem uhlíku. Vyznačuje se vysokým obsahem chemického prvku, jako je uhlík. Některé značky tohoto kovu také obsahují wolfram v různých poměrech.
Jediným omezením pro použití HSS je příliš nízká řezná rychlost ve srovnání s karbidovými slitinami.
Dnes se z dotyčného materiálu vyrábí mnoho výrobků, mezi nimiž jsou velmi dobré vrtáky. Pojďme se na příkladu takových výrobků naučit, jak se primárně liší od svých analogů vyrobených z tvrdých slitin.
Ocel typu HSS lze získat přidáním chemických prvků, jako je wolfram, chrom, molybden a tak dále, do uhlíkové oceli. Suroviny moderních HSS vrtáků se vyznačují zvýšenými pevnostními charakteristikami.
Slitina tvrdého typu je materiál kategorie kompozitů. Vyrábí se práškovou technologií. Struktura příslušných kovů se skládá z částic lišících se v mikrometrových velikostech. Hlavní složkou karbidových slitin je karbid wolframu. Materiály obsahují také pomocné prvky, jako je titan nebo karbid tantalu.
Moderní karbidové výrobky jsou dražší než výrobky vyrobené z HSS oceli, protože samotná technologie jejich výroby se ukazuje jako složitější a dražší.
Vlastnosti
Označme obecnou charakteristiku moderních kovů zařazených do skupiny HSS.
Dotyčná surovina se vyznačuje tvrdostí za tepla při zahřátí na 500-600 stupňů Celsia. Moderní rychlořezné kovy si snadno udrží zvýšenou tvrdost i za podmínek velmi silného přehřátí řezné hrany.
Dotyčná ocel se vyznačuje odolností vůči červené barvě až 4 hodiny. Tato charakteristická vlastnost kovu naznačuje, že může odolat vystavení zvýšeným teplotám po dobu 4 hodin, při zachování normálního stupně tvrdosti na tomto pozadí. Kobalt, chrom, molybden a wolfram a zároveň vanad, přítomné ve slitinách HSS, zajišťují, že řezné hrany vydrží dlouhodobé zahřívání, dosahující 600 nebo dokonce 650 stupňů Celsia.
Materiál se vyznačuje účinnou odolností proti zničení. Moderní rychlořezné oceli jsou odolné vůči křehkým typům poškození řezné hrany. Vrtáky a další výrobky vyrobené ze slitin HSS snadno odolávají velmi vysokým řezným silám, stejně jako vysokým rychlostem posuvu a působivým hloubkám řezu.
Existují 3 hlavní podtypy dotyčné oceli: wolfram, molybden a vysoce legovaná. Každá z těchto kategorií má své vlastní charakteristické vlastnosti, stejně jako další podtypy s vlastními charakteristikami.
Wolfram
Wolframová kategorie HSS oceli je známá pro 4 podtypy kovů – T1, T2, T3, T15. Přítomnost wolframu ve složení těchto slitin činí nástroje z nich vyrobené odolné vůči červené, díky čemuž je možné zachovat tvrdost a ostrost břitových prvků i pod vlivem vysokých teplot.
T1. Slitina se vyznačuje zvýšenou úrovní pevnosti a je odolná proti opotřebení. Nejčastěji se tento materiál používá při výrobě kvalitních vrtáků a dalších nástrojů používaných pro práci se slitinovými a uhlíkovými podtypy slitin.
- T2. Dotyčná slitina obsahuje 2 % vanadu. Z T2 jsou vyráběny dokončovací a polodokončovací vrtáky, které jsou určeny pro zpracování středně legovaných surovin.
- T3. Tento materiál lze použít jako analog značky R18K5F2. Poskytuje zahrnutí takových chemických prvků, jako je wolfram – 18%, kobalt – 5% a vanad – 2%. Nástroje vyrobené z takové slitiny se vyznačují zvýšenou úrovní odolnosti proti opotřebení a tuhostí, ale vyznačují se sníženou brousitelností.
Vrtáky T3 se v zásadě používají k interakci s obrobky vyrobenými z korozivzdorných a tepelně odolných kovů.
- T15. Suroviny této značky obsahují wolfram, vanad a kobalt. Vyrábí se z něj kvalitní pracovní nástroje, které jsou dostatečně odolné. Nepodléhá rychlému opotřebení.
molybden
Tato skupina rychlořezných kovů je velmi rozšířená. Slitiny molybdenového typu obsahují také složky jako kobalt a wolfram.
Produkty, které si dokážou udržet nejvyšší možnou tvrdost při práci za zvýšených teplot, jsou vyrobeny přesně z příslušných molybdenových materiálů s označením nad M41.
Přístrojové vybavení, vyznačující se znatelnou rázovou houževnatostí za podmínek nízkých teplot, je rovněž vytvořeno ze slitiny s molybdenem, avšak podléhající dalšímu tepelnému zpracování.
Podívejme se na několik jednotlivých značek vysokorychlostních slitin molybdenu.
M1. Tento materiál obsahuje molybden v množství 8 %. Vrtáky, které jsou z něj odlévány, jsou obdařeny působivou flexibilitou a snadnou snášenlivostí těžkých břemen.
- M2. Obsah této slitiny obsahuje wolfram a molybden. Suroviny jsou vysoce pevné a žáruvzdorné.
- M3. Tento materiál obsahuje 3 % vanadu. Zařízení odlitá z takové slitiny jsou odolná proti broušení.
- M7. Dotyčná značka je vyrobena z kombinace vanadu, wolframu a molybdenu. Vhodné pro výrobu vrtáků naostřených pro interakci s tvrdými materiály, stejně jako kovy se silnými stěnami.
- M35. Materiál má 5% kobaltu, molybdenu a wolframu. Tam jsou také mírné procenta niklu, manganu a křemíku. Hlavní výhodou suroviny je, že má dobrou viskozitu, vynikající brousitelnost, tepelnou odolnost a odolnost proti opotřebení.
Vysoká slitina
Se skupinou molybdenu souvisí i kategorie vysoce legovaných ocelových materiálů. K výrobě nástrojů s velmi vysokou rázovou pevností se často používají kovy, které prošly speciálním tepelným zpracováním.
Kromě toho lze nástroje vyrobené z vysoce legované HSS oceli bez problémů provozovat při nízkých teplotách.
Uvažujme jakosti vysoce legovaných ocelí HSS.
M74. Tato značka obsahuje molybden a kobalt. Materiál se vyznačuje vysokou tendencí ke ztrátě karbonu a přehřívání při kalení. Kromě toho se M74 vyznačuje sníženou brousitelností.
M42. Vrtáky vyrobené z této slitiny jsou vysoce odolné proti oděru. Lze je bezpečně použít pro zpracování i těch nejsložitějších kovů s vysokou viskozitou.
Symboly a analogy
Seznámíme se s řadou symbolů – na jejich základě lze částečně určit suroviny, ze kterých se konkrétní výrobek vyrábí.
HSS-R. Toto označení se vyskytuje téměř u všech vrtáků, které prošly procesem válcování válcováním spolu s tepelným zpracováním. Trvanlivost takových výrobků je nejnižší.
HSS-G (podobně jako P6M5). Označení umístěné na zařízeních vyrobených z předmětných slitin, kde je řezná součást broušena pomocí kubického nitridu boru. Produkty se zvýšenou stabilitou, s minimálním radikálním házením.
HSS-E (podobně jako P6M5K5). To označuje výrobky vyrobené z kovu s označením M35, který obsahuje přidaný kobalt. Taková zařízení jsou vhodná pro zpracování obtížných a vysoce viskózních kovů.
HSS-G TiN. Horní část takového nástroje je potažena nitridem titanu ve formě naprašování. Díky tomu se zvyšuje tuhost povrchů.
HSS-TiAiN. Nástroje a zařízení vyrobené z takových slitin mají povlak z nitridu titanu a hliníku.
HSS-E VaP. Nástroje s tímto označením se obvykle používají pro práci s nerezovou ocelí.
