ткм
.pdfалюминиевыми сплавами они отличаются повышенной жаропрочностью, однако их коррозионная стойкость понижена. Наиболее широко дуралюмины применяют в авиации.
К термически упрочняемым относятся и свариваемые сплавы. Например, марка 1915 системы Al–Zn–Mg, отличительной особенностью которой является самозакаливаемость. Эти сплавы высокопрочны и при комнатной и при низкой температурах хорошо свариваются, обладают высокой пластичностью в горячем состоянии. Полуфабрикаты в виде листов, поковок и штамповок находят применение в строительстве зданий, мостов, в вагоно- и автомобилестроении, электротехнике, точной механике и т. д.
Деформируемые легированные литием и кадмием сплавы марки ВАД 23 относятся к высокопрочным конструкционным, имеют низкую плотность, повышенный модуль упругости и достаточную жаропрочность. Прессованные полуфабрикаты из сплава марки ВАД 23 отличаются высокой длительной прочностью и сопротивлением ползучести.
Сплавы для фасонного литья обладают высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, малой склонностью к образованию трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами и сопротивлением коррозии.
Основными легирующими элементами литейных сплавов являются медь, кремний, магний, марганец, титан, никель и цирконий.
Сплавы марок АК12 (АЛ2), АК9ч (АЛ4), АК7ч (АЛ9), в которых оптимально сочетаются хорошие литейные свойства и герметичность, применяют для отливки деталей, эксплуатируемых под давлением до 350–500 ат. Коррозионностойкие сплавы (например, АМг6л, АЛ23, АМг10, АЛ27) используют для изготовления изделий, эксплуатируемых в морской воде (марки и технические условия алюминиевых сплавов см. в ГОСТ 1583-93 и ГОСТ
4784-97).
Сплавы на основе титана. Отечественная промышленность располагает большой номенклатурой титановых сплавов различного назначения. Исторически сложившаяся система маркировки титановых сплавов отражает наименование организации-разработчика и порядковый номер разработки сплава. Например, марка ВТ означает «ВИАМ титан», затем указывается порядковый номер сплава. Сплавы, разработанные совместно ВИАМ и заводом ВСМПО (г. Верхняя Салда Свердловской области), обозначаются маркой ОТ («Опытный титан»). Марка ПТ означает «Прометей титан». Разработчик этих сплавов – ЦНИИ КМ («Прометей», г. Санкт-Петербург). В марку сплава могут быть добавлены буквы «У» (улучшенный), «М» (модернизированый), «И» – специального назначения. Буква «Л» означает литейный сплав. Встречаются и другие обозначения.
Титановые сплавы имеют высокую удельную прочность ζв/γ, жаропрочность, значительную коррозионную стойкость во многих агрессивных средах. Для повышения прочности сплавы легируют марганцем, железом, алюминием, молибденом, хромом, ванадием и другими элементами.
Легирование алюминием, уменьшающим удельную массу, повышает удельную прочность, жаропрочность и снижает склонность к водородной хрупкости.
По структуре титановые сплавы подразделяют на α-сплавы, псевдо α- сплавы, α + β-сплавы, псевдо β-сплавы и β-сплавы.
По механическим характеристикам различают сплавы высокопластичные – малопрочные, средней прочности, высокопрочные, для эксплуатации при низких температурах и литейные.
К высокопластичным относятся сплавы марок ОТ4-0, ОТ4-1 и АТ-2 с пределом прочности на растяжение до 70 кгс/мм2, деформируемые в холодном состоянии. У сплавов средней прочности (марки ОТ4, АТ-3, 4201, НТ-50, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6С, ВТ4, АТ-4, ТС5, ВТ20 и ОТ4-2) предел прочности на растяжение 75–100 кгс/мм2. Они хорошо свариваются и отличаются удовлетворительной термической стабильностью. Высокопрочные титановые сплавы – термически упрочняемые (марки ВТ6, АТ-6, ВТ3-1, ВТ14, ВТ16, ВТ22, ВТ25, ВТ15 и ТС6). Высокая прочность (180–200 кгс/мм2) достигается не только легированием, но и дисперсным упрочнением при закалке и старении. Высокопрочные сплавы отличаются высокой жаростойкостью и жаропрочностью до температуры
400 °С.
Для эксплуатации при низких температурах используют сплавы марок АТ-
2, АТ-3, ОТ4, ВТ5-1 и ВТ6С.
Для фасонного литья применяют сплавы ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ14Л, обладающие достаточно хорошими литейными свойствами.
Вышеуказанное сочетание свойств предопределило применение титановых сплавов в авиационной и космической технике, в химической, нефтяной и пищевой промышленности, в судостроении и других областях (марки и свойства см. в ГОСТ 19807-74 и ГОСТ 19807-91).
Сплавы на основе магния. В промышленном масштабе впервые получены в Германии в 1909 г. под названием «Электрон». Это самые легкие конструкционные металлические материалы, отличающиеся высокой удельной прочностью, способностью к поглощению энергии удара и вибрационных колебаний, а также отличной обрабатываемостью резанием. От коррозии сплавы защищают оксидированием и нанесением лакокрасочных покрытий. Магниевые сплавы подразделяют на литейные (МЛ) и деформируемые (МА).
Широкое применение нашли: сплавы, легированные марганцем; сплавы, легированные алюминием, цинком и марганцем; сплавы, легированные цирконием и цинком; сплавы, легированные редкими и редкоземельными металлами; сплавы, легированные литием.
По свойствам сплавы магния подразделяют на высокопрочные (например, марки МЛ5, МЛ5о.н., МЛ8, МЛ12, МЛ15, МА5 и МА14), жаропрочные (например, МЛ9, МЛ10, МЛ11) и коррозионностойкие (например, МЛ4,
МЛ4п.ч., МЛ5п.ч., МА1, МА8).
Марганец повышает коррозионную стойкость сплавов, увеличивает их прочность. Алюминий увеличивает прочность и модифицирует структуру магния в литом состоянии, особенно при перегреве сплава. Цинк измельчает
зерно и повышает прочность. Цирконий наиболее интенсивно измельчает зерно и увеличивает пластичность сплава, рафинирует его. Редкоземельные и редкие металлы увеличивают сопротивление ползучести сплава при повышенной температуре (до 250 °С), уменьшают микропористость, компенсируют повышенную хрупкость, вызванную наличием цинка. Литий (более 10 %) значительно повышает пластичность.
В некоторые магниевые сплавы вводят также серебро, бериллий, кальций, кадмий, олово и торий. Серебро дает возможность создавать сплавы, упрочняемые при термической обработке. Бериллий уменьшает окисляемость сплава, но огрубляет зерно в сплавах на основе систем «Mg – Al» и «Mg – Zr», кальций измельчает зерно, но увеличивает склонность к горячеломкости и ухудшает свариваемость, уменьшает окисляемость сплава при плавке и литье. Добавка кальция к деформируемым сплавам на основе системы «Mg – Al – Zn» увеличивает пластичность. Олово, повышая прочность, уменьшает пластичность. Торий увеличивает сопротивление ползучести сплава при испытаниях до температуры 350 °С, повышает пластичность, подавляет образование микропористости в сплавах, содержащих цинк. Примеси железа, меди, кремния и никеля понижают коррозионную стойкость, ухудшают механические свойства сплава. Магний образует с легирующими элементами интерметаллические соединения, называемые иногда «магниды» и существенно влияющие на свойства сплава (в монографиях «Магниды» [21] и «Магниетермия» [22] подробно описаны свойства, получение и области применения этих веществ).
Из деформируемых сплавов изготовляют прессованные прутки, профили, полосы и трубы, катаные листы и плиты, штамповки и поковки.
Магниевые сплавы используют в автомобилестроении и тракторостроении, для изготовления деталей двигателей, рам, колес, передвижных тележек, цистерн, в текстильной промышленности (например, бобины) и полиграфической (например, клише), в производстве электро- и радиоприборов, телефонов, оптической аппаратуры (корпуса кино- и фотоаппаратов, бинокли и пр.), переносного инструмента.
Все более широкое применение находят магниевые сплавы в авиа-, судо- и ракетостроении. Химический состав и свойства регламентируют ГОСТ 2581-89, 2856-79, 14957-76.
Сплавы на основе меди. По химическому составу медные сплавы подразделяются на медноцинковые (латуни), бронзы и медноникелевые.
Марки латуней обозначают буквой «Л» и цифрой, указывающей среднее содержание меди. В обозначениях марок многокомпонентных латуней после буквы «Л» следуют начальные буквы легирующих элементов, а после цифры – их содержание в процентах. Например, Л70 – латунь, содержащая 70 % Cu или ЛАЖ 60-1-1 – латунь с содержанием 60 % Cu, легированная алюминием в количестве 1 % и железом в таком же количестве. Содержание цинка определяется по разности от 100 %.
Бронзы – сплавы меди, в которых цинк либо отсутствует, либо не является основным легирующим элементом. Исторически первыми бронзами были оловянистые, использовавшиеся еще 3 тыс. лет до н. э.
Бронзы маркируют начальными буквами «Бр», а затем начальными буквами наименований химических элементов, входящих в состав сплава в порядке убывания их процентного содержания. Далее, как и при маркировке латуней, идут цифры среднего содержания элемента. Например, Бр ОЦС 6-6-3 содержит 6 % олова, 6 % цинка, 3 % свинца, остальное – медь.
Медноникелевые сплавы (мельхиор и нейзильбер) обозначаются буквами МН и далее так же, как латуни и бронзы. Например, мельхиор МНЖМц 30-0,8-1 содержит 30 % никеля, 0,8 % железа, 1 % марганца, остальное – медь.
Нейзильбер (от нем. Neusilber, букв. – новое серебро) – сплав меди с никелем и цинком. Химический состав нейзильбера регламентирует ГОСТ 49273. В России производят нейзильбер марки МНЦ 15-20 и свинцовистый нейзильбер марки МНЦС 16-29-1,8. Сплав технологичен, легко поддается пайке, сварке, полированию, штампованию, обработке резанием. Отличается хорошими механическими свойствами, электропроводимостью, большой коррозионной стойкостью в атмосфере, в морской и пресной воде, немагнитен.
Латуни – самые распространѐнные сплавы, известные с древних времен. По способу обработки их подразделяют на деформируемые (поддающиеся обработке давлением) и литейные – с хорошими литейными свойствами. У латуней хорошие механические свойства, высокая коррозионная стойкость, пластичность при достаточной прочности, жидкотекучесть. Они несклонны к ликвации, мало подвержены окислению, диамагнитны. Высокая пластичность однофазных латуней, содержащих до 30 % цинка, при температуре ниже 300 °С определяет возможность изготовления из них тонких листов, лент и проволоки. Латуни применяют в машиностроении, в автомобильной и часовой промышленности, в приборостроении (химический состав и свойства латуней см. в ГОСТ 931-84, 2060-90, 20707-75, 15527-98, ГОСТ Р 50425-92).
Бронзы, как и латуни, подразделяют на деформируемые и литейные. Их отличают высокие антикоррозионные и антифрикционные свойства, большая прочность и твѐрдость. Двухфазные сплавы обрабатывают давлением только в горячем состоянии, используя их преимущественно как литейные. Большинство однофазных деформируемых бронз, например, оловянистые, алюминиевые, бериллиевые и другие, упрочняют пластическим деформированием.
Из бронз изготовляют полосы, ленты, листы, прутки, трубы, профили, проволоку и другие изделия.
Оловянистые бронзы применяют в общем машиностроении, если требуется сочетание высоких антикоррозионных и антифрикционных свойств, электро- и теплопроводности. Их используют для производства пружин и пружинящих деталей, а также для изготовления герметичной пароводяной арматуры, эксплуатируемой под давлением, а также для деталей, работающих в условиях трения (подшипники, втулки, вкладыши и др.).
Из медноникелевых сплавов к конструкционным относят мельхиор и нейзильбер. Мельхиор – сплав меди с никелем, железом и марганцем.
Химический состав регламентируется ГОСТ 492-73. Мельхиор отличается повышенными механическими свойствами, высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, удовлетворительно обрабатывается, имеет высокие тепло- и электропроводность. Полуфабрикаты из мельхиора изготавливают в виде лент, труб, прутков. Мельхиор МНЖМц 30-0,8-1 стоек в атмосферных условиях, в среде парового конденсата и против струевой коррозии. Его применяют в судостроении для изготовления конденсаторных труб. Мельхиор МН19 применяют в электровакуумной промышленности, химическом машиностроении для изготовления медицинских инструментов, сеток, деталей точной механики, а также изделий массового потребления – посуды, монет и др.
Нейзильбер марки МНЦ 15-20 после холодной прокатки ленты с обжатием
80 % имеет ζв = 83 кгс/мм2, предел упругости при изгибе ζ0,005 = 56 кгс/мм2, после отжига (300 °С) – соответственно 88 и 70 кгс/мм2.
Из нейзильбера марки МНЦ 15-20 изготовляют полуфабрикаты в виде полос, лент, проволоки. Применяют для изготовления контактных пластин в автомеханических реле пружинящих деталей электротехнических и телевизионных устройств, медицинских и чертежных инструментов, приборов точной механики, паровой и водяной арматуры, технической и бытовой посуды. Красивый белый цвет с зеленоватым или синеватым отливом привлекает дизайнеров, использующих нейзильбер в качестве декоративного материала.
Сплавы на основе никеля. С железом, хромом, медью, марганцем, кобальтом, молибденом, вольфрамом и другими элементами никель образует твѐрдые растворы замещения в широком интервале концентраций, что даѐт возможность упрочнения сплавов при сохранении высокой пластичности.
Никелевые сплавы по коррозионной стойкости превосходят коррозионностойкие стали. Наибольшую коррозионную стойкость сплавы приобретают после закалки на твѐрдый раствор от температуры 1 050–1 150 °С.
Сложнолегированные никелевые сплавы, содержащие алюминий, титан, ниобий и другие элементы, упрочняющиеся в процессе распада пересыщенных твѐрдых растворов, используются в качестве жаропрочных сплавов.
Конструкционные никелевые сплавы, кроме монель-металла НМЖМц 28- 2,5-1,5, содержащего 27–29 % Cu, 2–3 % Fe, 1,2–1,8 % Mn, относятся к низколегированным. Их отличает повышенная прочность, коррозионная стойкость, хорошая обрабатываемость. Применяют эти сплавы в электронной технике, приборостроении, химическом аппаратостроении и других областях. Например, сплав НМц-5, содержащий 4,6–5,1 % Mn, используют для изготовления свечей двигателей внутреннего сгорания. Монель-металл (ζв = 50 кгс/мм2, δ = 35 %, НВ135–210), получаемый в виде листов, плит, лент, прутков и проволоки, идѐт на изготовление деталей в химической, газовой, нефтяной промышленности, судо-, машино- и аппаратостроении. Химический состав и свойства никелевых сплавов регламентируют ГОСТ 492-73, 5632-88, 10994-80, 2170-82, 1049-93, 5187-80.
Сплавы на основе цинка. Наиболее распространены сплавы цинка с алюминием и медью и небольшими добавками магния, свинца, олова и других элементов. Цинковые сплавы отличаются хорошей коррозионной стойкостью,
однако меньшей, чем чистый цинк. Обладающие хорошими механическими и технологическими свойствами, цинковые сплавы применяют для получения литьѐм под давлением высокоточных изделий сложной конфигурации. Например, литейные сплавы ЦАМ 4-1о, ЦАМ 4-1 используют в автомобиле- и вагоностроении, электротехнической и приборостроительной промышленности, для коммунально-бытовой арматуры и т. д.
Химический состав, марки и технические условия литейных сплавов регламентирует ОСТ 48-71-73, антифрикционных сплавов – ГОСТ 21437-95 и
ГОСТ 21438-95.
10.3. Конструкционные порошковые материалы
Различают пористые и компактные порошковые материалы.
Пористыми называют материалы, в которых после окончательной обработки сохраняется 10–30 % остаточной пористости. Из них изготовляют антифрикционные детали (подшипники, втулки), а также фильтры. Подшипники изготовляют из сплавов железа и 1–7 % графита (ЖГр1, ЖГр3, ЖГр7) и бронзографита, содержащего 8–10 % олова и 2–4 % графита (БРОГр10- 2, БРОГр8-4 и др.). Низкий коэффициент трения, лѐгкая прирабатываемость, хорошая износостойкость при значительных нагрузках, ненадобность принудительного смазывания за счѐт «выпотевания» масла из пор делают эти материалы весьма перспективными. Уменьшить износ и прихватываемость сопряжѐнных деталей, а также улучшить прирабатываемость можно, добавляя к железографитовым материалам 0,8–1,0 % серы или 3,5–4,0 % сульфидов, образующих сульфидные пленки на трущихся поверхностях.
Спечѐнные материалы на основе железа и меди применяют и для фрикционных изделий в тормозных узлах, где необходимы высокий коэффициент трения, механическая прочность и сопротивление износу. Например, сплав ФМК-11 (15 % Cu, 9 % графита, 3 % асбеста, 3 % SiO2 и 6 % барита) используется для работы в условиях трения без смазки (тормозные накладки тормозов самолетов, тракторов и др.).
Сплав МК5 (4 % Fe, 7 % графита, 8 % Pb, 9 % Sn, 0–2 % Ni; медь – остальное) нашѐл применение в качестве фрикционного материала, работающего в условиях жидкостного трения в паре с закалѐнными стальными деталями (например, диски сцепления).
Широко применяют порошковые материалы и для фильтрующих изделий (втулки, пластины из порошков никеля, железа, титана, алюминия, бронзы и других материалов с пористостью 45–50 % и размером пор 2–20 мкм). В электротехнике и радиотехнике применяют порошковые магниты на основе Fe– Ni–Al сплава. В приборостроении и других отраслях часто изготовляют из порошковых материалов контакты. Наиболее употребительны псевдосплавы тугоплавких металлов вольфрама и молибдена с медью (МВ20, МВ40, МВ60, МВ80), серебром (СМ30, СМ60, СМ80, СВ30, СВ50, СВ85 и др.) или с оксидом кадмия (ОК8, ОК12, ОК15) и др. Контакты отличаются высокой прочностью, электропроводностью и электроэрозионной стойкостью. Токосъѐмники (щѐтки) изготовляют из порошков меди или серебра с графитом.
Завершая раздел «Металлические конструкционные материалы», обратим внимание на следующее. Как отмечается в фундаментальном труде «Новые материалы» [32] по данным Министерства промышленности, науки и технологий РФ с 1996 по 2000 гг. прочность конструкционных материалов в сопоставимых единицах увеличилась в 1,5–2 раза, модули упругости в 2–2,5 раза, температура эксплуатации низкотемпературных материалов – в 1,5 раза, а высокотемпературных – в 1,3 раза.
Новые материалы, и в первую очередь конструкционные, широко используются оборонным и аэрокосмическим комплексами. Они позволяют обеспечить безопасность полетов, увеличить ресурс двигателей. Оригинальность нового подхода заключается в том, что если раньше борьба шла за прочность и пластичность материалов, то теперь добиваются вязкого разрушения. Это означает, что в конструкциях допускается появление трещин, но при одном существенном ограничении: трещина не должна приводить к разрушению конструкции. По мнению академика РАН И.Н. Фридляндера, российские конструкционные материалы на основе алюминиевых сплавов являются лучшими в мире по характеристикам вязкого разрушения.
Фундаментальные исследования ведутся в области создания материалов с нанокристаллической структурой, обеспечивающей существенное повышение свойств.
ГЛАВА 11. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
Инструментальные стали – углеродистые и легированные стали, которые используются преимущественно для изготовления штампов, режущих, измерительных инструментов и некоторых деталей машин, работающих при небольших или умеренных динамических нагрузках. По структуре эти стали близки к эвтектоидным или заэвтектоидным сталям. Они обладают высокой твѐрдостью (до 60–65 HRC) и износостойкостью. По теплостойкости инструментальные стали подразделяют на три группы:
нетеплостойкие, сохраняющие высокую твѐрдость и износостойкость до 200–250 °С. К ним относятся углеродистые и низколегированные стали с содержанием до 3–4 % легирующих элементов;
полутеплостойкие, у которых высокие твѐрдость и износостойкость сохраняются до 350–500 °С. К ним относятся сложнолегированные высокохромистые стали, содержащие обычно от 1 до 2 % С и 6–12 % Сr, а также сложнолегированные стали с меньшим содержанием хрома и углерода – в основном от 0,5–0,8 до 3,8–4,4 % и 0,25–0,5 % соответственно;
теплостойкие, высокие уровни прочности, твѐрдости и износостойкостьи которых не изменяются до 600–725 °С. К ним относятся высоколегированные стали ледебуритного класса, содержащие хром, молибден, вольфрам, ванадий и кобальт и получившие название быстрорежущих.
Важной характеристикой инструментальных сталей являются их прокаливаемость и вязкость. Стали подвергают закалке и отпуску, что повышает их прочность при изгибе до 3 500–4 000 МПа (350–400 кгс/мм2), а твѐрдость до 60–70 HRC.
Маркируют инструментальные стали следующим образом. Углеродистые стали обозначают буквой У (углеродистая). Следующее за буквой число, делѐнное на 10, показывает среднее содержание углерода в процентах. Например, марка стали У7 означает, что среднее содержание углерода составляет 0,7 %, а марка стали У13 означает, что среднее содержание углерода 1,3 %. Буква А на конце маркировки (например, У8А) указывает, что сталь высококачественная, содержит по сравнению с обычной меньше серы и фосфора (до 0,02 и 0,03 % соответственно).
Легированные инструментальные стали маркируют числом, буквами и следующими за ними цифрами. Например, 7Х3, 11ХФ. Как и в случае углеродистых сталей, число, делѐнное на 10, означает среднее содержание углерода в процентах. Если содержание углерода составляет около 1 %, то число может не ставиться. Буквы означают легирующие элементы, а следующие за ними цифры (числа) – содержание соответствующего элемента в целых процентах.
Быстрорежущие стали являются сложнолегированными. Они обозначаются буквой Р (от англ. rapid steel – быстрорежущая сталь), за которой в процентах указывается среднее содержание основного легирующего элемента – вольфрама. Например, Р18, Р12. Содержание некоторых других легирующих может не обозначаться.
11.1.Углеродистые и легированные стали для режущего инструмента
Кгруппе углеродистых инструментальных сплавов относятся стали У7(У7А), У8(У8А), У9(У9А), У10(У10А), У11(У11А), У12(У12А), У13(У13А).
Углеродистые стали применяют для изготовления:
деревообрабатывающих инструментов: топоров, пил, ножей, сверл и других;
металлорежущих инструментов: фрез, свѐрл, метчиков, развѐрток, зенкеров, шаберов, напильников, ножовочных полотен и др.;
инструментов, работающих в ударном и ударно-режущем режимах: зубил, кернеров, бородков и др.;
бритвенных ножей.
Температура закалки инструментальных сталей несколько выше Ас3 или Ас1, но ниже Асm. Ввиду их небольшой прокаливаемости закалку проводят в воде или водных растворах щелочей, что создает опасность коробления и возникновения трещин. Мелкий инструмент для уменьшения деформации охлаждают в горячих средах. Для снятия внутренних напряжений и сохранения высокой твѐрдости проводят отпуск.
Углеродистые стали в качестве режущего инструмента используются для обработки относительно мягких материалов и с небольшой скоростью, поскольку теплостойкость этих сталей низкая – до 200 °С.
Низколегированные нетеплостойкие углеродистые стали марок Х, 11Х, 9ХС, 9ХФ, 11ХФ, 13ХФ, ХВГ, ХВСГ и другие по сравнению с углеродистыми обладают повышенной прокаливаемостью, обусловленной значительной устойчивостью переохлаждѐнного аустенита, и закаливаемостью. Это позволяет выполнять охлаждение при закалке в масле и горячих средах и, следовательно, значительно уменьшить деформацию инструмента. Низколегированные углеродистые стали используются для изготовления тех же видов инструмента, что и углеродистые, но большего сечения и длины. Инструмент сохраняет высокую твѐрдость при нагреве до 200–250 °С.
Быстрорежущие стали широко используются для изготовления разнообразного режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания в тяжѐлых условиях. Различают стали умеренной, повышенной и высокой теплостойкости, сохраняющие твѐрдость 60 HRC после нагрева до температур 600–625, 630–650 и 700–725 °С соответственно. Умеренной теплостойкостью обладают стали Р12, Р18, Р8М3, Р6МК, повышенной – стали Р12Ф3, Р8М3К6С, Р9М4К8Ф, Р12Ф4К5, Р6М5К5. Стали с умеренной и повышенной теплостойкостью относятся к сталям с карбидным упрочнением. Представителем стали высокой теплостойкости является быстрорежущая сталь марки В11М7К23 (ЭП 831), в обозначении которой символ «P» отсутствует. Кроме вольфрама, молибдена и кобальта, сталь содержит до 0,5 % Cr, 0,4–0,8 % V и 0,1–0,2 % Nb и 0,05–0,15 % С, т. е. сталь практически безуглеродистая. Эта сталь, как и стали ВЗМ12К23 и В14М7К25, относится к сталям с интерметаллидным упрочнением.
Термическая обработка быстрорежущих сталей умеренной и повышенной теплостойкости состоит в отжиге, закалке и последующем отпуске. Отжиг проводят после ковки при 860–880 °С с целью снижения твѐрдости, улучшения обработки резанием и подготовки структуры стали к закалке. После отжига структура представляет собою легированный феррит с включением сложных избыточных карбидов.
Взависимости от марки стали, закалку осуществляют с температур 1 200– 1 280 °С, т. е. очень высоких температур, что необходимо для более полного растворения карбидов и получения высоколегированного аустенита. Это обеспечивает после закалки получение легированного мартенсита, обладающего высокой теплостойкостью. При высокой температуре закалки избыточные карбиды препятствуют росту зерна и структура быстрорежущей стали сохраняется мелкозернистой.
Поскольку высоколегированный аустенит характеризуется большой устойчивостью, охлаждающей средой служит чаще всего масло. С целью уменьшения деформации инструментов проводят ступенчатую закалку в расплавленных солях. Структура закалѐнной быстрорежущей стали представляет высоколегированный мартенсит, содержащий 0,3–0,5 % С, нерастворѐнные карбиды и остаточный аустенит, который понижает режущие свойства инструмента.
После закалки при температуре 550–600 °С проводят отпуск (обычно трѐхкратный). Отпуск вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит и дисперсионное твердение в результате частичного распада мартенсита и выделения дисперсных карбидов. Благодаря этому твѐрдость увеличивается (так называемая вторичная твѐрдость).
Термообработка быстрорежущих сталей высокой теплостойкости с интерметаллидным упрочнением несколько отличается от термообработки сталей с карбидным упрочнением. Структура в отожжѐнном состоянии –
феррит и интерметаллиды (Fe, Со)7(W, Мо)6, твѐрдость – 32–36 НRС. Подобно карбидам быстрорежущих сталей частицы интерметаллидов при высоком нагреве под закалку препятствуют росту зѐрен.
Впроцессе закалки часть интерметаллидов переходит в твѐрдый раствор. Структура в закалѐнном состоянии представляет легированный феррит, содержащий избыточные интерметаллиды. Твѐрдость после закалки невысокая
–40–45 НRС. Однако упрочняющий эффект в результате выделения интерметаллидов при дисперсионном твердении значительно больше, чем у сталей с карбидным упрочнением. Твѐрдость после отпуска увеличивается до 68–69 HRС. Интервалы температур закалки и отпуска у сталей с интерметаллидным упрочнением более широкие, чем у сталей с карбидным упрочнением. После закалки стали не сохраняют остаточного аустенита, что позволяет проводить однократный отпуск вместо трѐхкратного для быстрорежущих сталей с карбидным упрочнением.
Методами порошковой металлургии созданы высококачественные быстрорежущие стали Р6М5ФЗ-МП, Р6М5К5-МП, Р9М4К8-МП и другие,