Сталь быстрорежущая (рапид): что это такое, ножи из быстрореза — отзывы

В последнее время часто можно услышать термин «быстрорежущая сталь».  Что это такое? По сути, это специальный сплав, предназначенный для изготовления металлических режущих инструментов, работающих на высоких скоростях.  Характеристики такого металла должны включать в себя высокую прочность, стойкость к истиранию и устойчивость к перепадам температур.

.

Характеристики быстрорежущих сталей

Высокоскоростные сплавы появились относительно недавно. До их появления обычные стальные фрезы использовались для обработки предметов из дерева или цветных металлов, что создавало определенные проблемы. Они имели очень короткий срок службы, поскольку быстро изнашивались и сильно нагревались, что делало невозможным работу на высоких скоростях. Проблема была решена в 1858 году, когда был получен сплав с использованием вольфрама и марганца в качестве основных легирующих элементов. В последующие десятилетия в результате многочисленных экспериментов было разработано несколько типов суперлегированных сталей, которые значительно увеличили скорость и эффективность металлорежущих станков. Быстрорежущие стали представляют собой большую группу сплавов, содержащих легирующие элементы, необходимые для сопротивления износу и интенсивному нагреву.  От обычных углеродистых сплавов они отличаются высоким индексом твердости, что делает их пригодными для обработки твердых материалов.

Режущие полотна из быстрорежущей стали имеют ряд особенностей, отличающих их от других сталей, к ним относятся

1. Сохранение твердости при высоких температурах, известное как горячая твердость. При натирании все нагревается. Температура режущего инструмента, работающего на высокой скорости, очень быстро повышается до высоких значений. Обычные стали при таком нагреве закаляются, в результате чего теряют свои эксплуатационные свойства. Быстрорежущей стали не нужно проходить этот процесс, так как ее состав позволяет выдерживать температуру до 6 000 градусов Цельсия без потери прочности.
2. Высокая красностойкость — это параметр сплава, характеризующий интервал времени, в течение которого он способен работать при высоких температурах без потери своих первоначальных свойств.
3. Устойчивость к разрушительным процессам. Помимо устойчивости к высоким температурам, суперсплавы должны обладать лучшими механическими свойствами, чем обычные металлы. Инструменты из таких сплавов не крошатся и не ломаются даже под высоким давлением, поэтому их активно используют в производстве сверл и фрез.

Расшифровка обозначения марок сталей

Быстрорежущая сталь была впервые изобретена англичанами. Эти стальные сплавы известны как «rapidsteel» (что в переводе с английского означает «быстрая сталь»), поскольку они подходят для высокоскоростной работы. Такое название, придуманное в Англии, послужило основой для современного обозначения всех сортов быстрорежущей древесины буквой «Р»».

Помимо вольфрама, быстрорежущая сталь характеризуется такими компонентами, как кобальт, ванадий и молибден, которые обозначаются соответствующими буквами: K, F и M. За каждой такой буквой следует цифра, указывающая на процентное содержание в общем химическом составе. Как видите, человек, мало знакомый со сталями, может рассказать важную информацию о сплаве, даже не глядя на описание.

Методы производства и обработки

Инструменты, изготовленные из быстрорежущей стали, производятся по двум основным технологиям:

1. Классический метод, который предполагает заливку раскаленного металла в специальные формы с последующей обработкой и закалкой.
2. Метод порошковой металлургии: расплавленная сталь распыляется потоком азота, а затем повторно расплавляется.

Порошковая металлургия является более совершенной, чем обычная металлургия. Производственный процесс включает в себя изготовление стального порошка, который задувается в специальную форму и там расплавляется. Это предотвращает образование карбидных осадков и делает структуру стали более однородной и стабильной, что положительно влияет на все эксплуатационные свойства.

Порошковый метод имеет ряд преимуществ, которые позволяют ему вытеснить более дорогие методы обработки, такие как литье, штамповка и ковка

• Экономическая эффективность — даже отходы, такие как окалина, могут быть использованы в качестве исходного материала для производства порошка и являются менее дорогостоящими, чем классические методы;
• более точная форма изделия — детали, изготовленные этим методом, не требуют дальнейшей механической обработки;
• высокая стойкость к истиранию.

За процессом производства обязательно следует закалка. Закалка инструментов из быстрорежущей стали происходит при температурах, которые способствуют более благоприятному распределению легирующих элементов, а также увеличению размера зерен в молекулярной сети. После закалки структура сплавов HSS характеризуется содержанием аустенита до 30%, что оказывает негативное влияние на все рабочие параметры. Для минимизации негативного влияния аустенита используются два различных метода:

• проводится несколько циклов нагрева, выдержки при равномерной температуре и последующего охлаждения, называемых многократным отпуском;
• Перед закалкой деталь охлаждается до очень низких температур.

Улучшение характеристик изделий

Чтобы соответствовать этим требованиям, инструменты, изготовленные из быстрорежущей стали, подвергаются грубой обработке поверхности. Для этого используются различные методы, в том числе следующие:

1. Азотирование наносится на поверхностный слой детали. Азотирование может проводиться в газовой среде, состоящей из 80% азота и 20% аммиака или 100% аммиака. Процесс занимает 10-40 минут при температуре 550-6600 градусов Цельсия. Эта операция делает верхний слой менее хрупким.
2. Поверхность насыщается углеродом и азотом — процесс, известный как цианирование, который осуществляется путем погружения детали в расплавленный цианид натрия. В зависимости от конечного применения детали, цианирование проводится при различных температурах. Чем дольше время и выше температура, тем толще будет слой.
3. Сульфидирование осуществляется в жидком сульфидном сплаве с добавлением серы. Процесс происходит в течение 45 минут — трех часов при температуре от 450 до 5 600 градусов Цельсия.

Все вышеперечисленные процедуры выполняются на готовом инструменте: режущая часть затачивается, поверхность шлифуется и закаляется.

.

Расшифровка: что обозначают символы маркировки

Выше мы уже говорили о том, какой вывод можно сделать из названия каждой марки быстрорежущей стали. Чтобы пояснить это, давайте рассмотрим расшифровку одной широко используемой быстрорежущей стали — P9F5:

• P — это, понятно, обозначение для высокоскоростных сплавов, от rapide — скорость;
• 9 — процентное содержание вольфрама в сплаве;
• F — указывает на присутствие ванадия в стали;
• 5 — процентное содержание ванадия.

При дальнейшем анализе аббревиатуры P9F5 ее расшифровка может включать и другие буквы. Например, если металл произведен методом электрошлакового переплава, появляется еще одна буква — «Ш»».

Импортные аналоги быстрорежущей стали имеют следующее обозначение — HSS, что является аббревиатурой от High Speed Steel, в переводе на русский язык — быстрорежущая сталь:

• Германия — 1,3343;
• Япония — S600/S601;
• США — M2.

.

ГОСТ и ТУ

Требования к производству, технические свойства, процесс термообработки и элементный состав быстрорежущих сталей регламентируются специальными государственными стандартами. Существует множество нормативных документов, так как на каждый вид продукции существует свой стандарт:

• ТУ 14-11-245-88 — высокоточные холоднодеформированные профили;
• ГОСТ 1133-7 — круги или квадраты кованые, ассортимент;
• ГОСТ 2590- 88 — рулоны горячекатаные;
• ГОСТ 7417-75 — калиброванный пруток;
• ГОСТ 14955-77 — круги шлифовальные со специальной отделкой поверхности.

Эти стандарты используются практически на всех российских производствах.

Трудности закалки быстрорежущей стали

Термическая обработка быстрорежущей стали сопряжена с рядом сложностей, обусловленных спецификой ее применения и требованиями. Например, термическая обработка сплава R6M5 осложняется свойствами обезуглероживания этого сплава (его закалка требует на четверть больше времени, чем закалка аналогичных сплавов R18 и R12). Температура закалки для этого металла составляет 1230 градусов. Первый этап — закалка при температуре 200 и 300 градусов Цельсия с периодом отдыха в один час. Дальнейшая обработка проходит в 3 этапа:

• 3 минуты до 690 градусов;
• 3 минуты — 680 градусов;
• 1,5 минуты — 1230 градусов.

Затем сталь охлаждается в селитре, масле и на воздухе. Дальнейшая обработка включает в себя трехкратный отпуск с выдержкой по 90 минут при равномерной температуре 560 градусов. На этапах отпуска сплав обогащается легирующими добавками.

Изделия, нашедшие место в быту и на производстве

Быстрорежущая сталь широко используется в производстве фрез благодаря своим положительным свойствам. Эти режущие инструменты обладают всеми необходимыми свойствами. Высокая поверхностная прочность позволяет им без проблем разрезать толстые канаты, дерево, кости и т.д. Они способны прорезать стальные листы толщиной в несколько миллиметров.

Колотые ножи также широко используются в промышленности. Наиболее ярким примером является производство сверл для различных областей применения, от дерева до сверхлегированных металлов. Они также используются для изготовления деталей промышленного оборудования:

• пильные диски;
• зенковки;
• сверла;
• зубила;
• коронки.

Как точить изделия из быстрореза

Даже сталь HSS, несмотря на свои впечатляющие показатели прочности, подвержена износу и затуплению. Если принять во внимание информацию об использовании и свойствах этих сплавов, можно с уверенностью утверждать, что заточка их с помощью электроглиноземного шлифовального круга не даст результата — после такой обработки поверхность остается шероховатой, а режущие свойства не улучшаются. Что можно сказать о ручном наведении резкости? Лучше всего, если заготовка будет заточена в специализированном заточном центре, где есть твердосплавные шлифовальные круги. Иметь такие машины в гараже — это роскошь, которая просто не стоит усилий. Лучше не пытаться затачивать инструмент в гараже, так как есть вероятность повредить его до такой степени, что его невозможно будет вернуть в первоначальное состояние. https://www.youtube.com/watch?v=YoOjqIZL03E

Стоимость металла в продукции

Рассмотрим стоимость металла на примере одной из самых популярных быстрорежущих сталей на отечественном рынке — Р6М5. Купить готовые изделия несложно, они распространены повсеместно, но стоимость стали довольно высока. Ориентировочный прейскурант цен приведен ниже. В зависимости от толщины листа инструментальный круг будет стоить соответственно:

• 2 мм — 1350 рублей за кг;
• 4 мм — 1200 рублей за кг;
• 16 мм — 600 рублей за кг.

Приведенные выше котировки являются относительными средними показателями. Они могут варьироваться в зависимости от многих факторов: населенного пункта, экономической ситуации и т.д. Высокая цена быстрорежущих металлов означает, что их охотно продают на металлолом. Стоимость этих вторичных продуктов намного выше, чем у обычных сплавов.