iCNC > Материалы > Порошковая быстрорежущая сталь

Порошковая быстрорежущая сталь

27.07.2015

 

high-speed-steel-1

Посред­ством порош­ко­вой метал­лур­гии ста­ло воз­мож­ным про­из­вод­ство мак­си­маль­но проч­но­го и изно­со­стой­ко­го инстру­мен­ты из быст­ро­ре­жу­щей ста­ли. Глав­ная осо­бен­ность это­го инстру­мен­та в том, что он рабо­та­ет более эффек­тив­но по срав­не­нию с ана­ло­га­ми. Он может исполь­зо­вать­ся даже при обра­бот­ке изде­лия с уда­ром или же для сня­тия боль­ших при­пус­ков с заго­тов­ки. Уже с 70-х годов про­шло­го века нача­лось доста­точ­но актив­ное вытес­не­ние твер­до­сплав­но­го инстру­мен­та из отрас­ли метал­ло­об­ра­ба­ты­ва­ю­щей про­мыш­лен­но­сти, а на его сме­ну нача­ли при­хо­дить ана­ло­ги из быст­ро­ре­жу­щей ста­ли. При­ме­ча­тель­но, что в неко­то­рых нишах инстру­мент из быст­ро­ре­жу­щей ста­ли име­ет доволь­но высо­кие пока­за­те­ли изно­со­стой­ко­сти, осо­бен­но, если этот инстру­мент изго­тов­лен из порош­ко­вой ста­ли. Имен­но поэто­му в насто­я­щее вре­мя по-преж­не­му исполь­зу­ют оба вида инстру­мен­та в зави­си­мо­сти от типа обра­бот­ки.

Впер­вые порош­ко­вая быст­ро­ре­жу­щая сталь была раз­ра­бо­та­на еще в кон­це 60-х годов про­шед­ше­го сто­ле­тия на тер­ри­то­рии Шве­ции, а уже в сле­ду­ю­щем деся­ти­ле­тии пер­вые инстру­мен­ты из это­го мате­ри­а­ла появи­лись в сво­бод­ной про­да­же. Сто­ит отме­тить, что имен­но метод порош­ко­вой метал­лур­гии дал воз­мож­ность зна­чи­тель­но повы­сить коли­че­ство вво­ди­мых леги­ру­ю­щих веществ в металл, но при этом не было заме­че­но сни­же­ния проч­но­сти обра­ба­ты­ва­е­мо­сти посред­ством шли­фо­ва­ния. Это поз­во­ли­ло про­из­во­дить из порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей ста­ли мак­си­маль­но проч­ный и изно­со­стой­кий инстру­мент, пре­дель­ной кре­по­сти кото­ро­го было доста­точ­но для того, что­бы сни­мать за каж­дый про­ход рез­ца по заго­тов­ке боль­шой слой при­пус­ка. Более того, инстру­мен­ты из порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей ста­ли могут при­ме­нять­ся даже для пре­ры­ви­сто­го реза­ния.

Производство быстрорежущей стали

Тра­ди­ци­он­ная быст­ро­ре­жу­щая сталь вклю­ча­ет в себя все­го два ком­по­нен­та – это кар­би­ды туго­плав­ких метал­лов и сталь­ная осно­ва, кото­рая их окру­жа­ет. Изно­со­стой­кость инстру­мен­та, изго­тав­ли­ва­е­мо­го из этой ста­ли обес­пе­чи­ва­ют исклю­чи­тель­но кар­би­ды молиб­де­на, воль­фра­ма и вана­дия. Что каса­тель­но сталь­ной осно­вы, то ее назна­че­ние сво­дит­ся к повы­ше­нию пока­за­те­ля проч­но­сти режу­ще­го инстру­мен­та. Имен­но бла­го­да­ря такой осно­ве тако­го рода режу­щий инстру­мент пре­крас­но пере­но­сит удар­ные нагруз­ки.

Во вре­мя про­из­вод­ства тра­ди­ци­он­ной быст­ро­ре­жу­щей ста­ли ее рас­плав­ля­ют и зали­ва­ют в спе­ци­аль­ные излож­ни­цы, в кото­рых она спу­стя неко­то­рое вре­мя кри­стал­ли­зу­ет­ся во вре­мя осты­ва­ния. Во вре­мя про­хож­де­ния это­го про­цес­са при­сут­ству­ю­щие кар­би­ды начи­на­ют актив­но выде­лять­ся из мас­сы рас­пла­ва и фор­ми­ру­ют харак­тер­ные обла­сти скоп­ле­ния кар­би­дов. При­ме­ча­тель­но, что в конеч­ном ито­ге они рас­про­стра­ня­ют­ся про­из­воль­но, то есть нерав­но­мер­но. Сто­ит отме­тить, что в неко­то­рых слу­ча­ях эти самые кар­бид­ные неод­но­род­но­сти могут дости­гать до 40 мил­ли­мет­ров в диа­мет­ре. После про­ве­де­ния обра­бот­ки метал­ла под дав­ле­ни­ем кар­бид­ная неод­но­род­ность ста­но­вит­ся мень­шей, одна­ко в насто­я­щее вре­мя еще не изоб­ре­те­на тех­но­ло­гия, кото­рая бы дала воз­мож­ность пол­но­стью изба­вить­ся от кар­бид­ных соеди­не­ний.

По мере повы­ше­ния коли­че­ства кар­бид­ных частиц в метал­ле с целью повы­ше­ния пока­за­те­лей изно­со­стой­ко­сти, они начи­на­ют уве­ли­чи­вать­ся и по сво­им габа­рит­ным раз­ме­рам и соби­рать­ся в сгуст­ки, назы­ва­е­мые кар­бид­ны­ми неод­но­род­но­стя­ми. Сто­ит отме­тить, что имен­но это явле­ние ока­зы­ва­ет пагуб­ное вли­я­ние на проч­ность инстру­мен­та, посколь­ку место, в кото­ром скап­ли­ва­ют­ся кар­би­ды, в даль­ней­шем ста­нет местом обра­зо­ва­ния боль­ших тре­щин.

image_news_3461

Порош­ко­вая быст­ро­ре­жу­щая сталь пода­ет­ся в рас­плав­лен­ном виде через поток жид­ко­го азо­та, в отли­чие от обыч­ной ста­ли. Далее этот металл доволь­но быст­ро затвер­де­ва­ет под видом неболь­ших частиц. Кар­бид­ные неод­но­род­но­сти в этих части­цах попро­сту не могут успеть обра­зо­вать­ся, бла­го­да­ря струк­ту­ра кар­би­дов полу­ча­ет­ся рав­но­мер­ной. После это­го поро­шок из ста­ли соби­ра­ет­ся, про­се­и­ва­ет­ся и отправ­ля­ет­ся в спе­ци­аль­ный кон­тей­нер, где пред­ва­ри­тель­но созда­ет­ся пол­ный ваку­ум. Далее поро­шок спе­ка­ет­ся в еди­ное целое под воз­дей­стви­ем тер­ми­че­ской обра­бот­ки и высо­ко­го дав­ле­ния, что дает воз­мож­ность достичь эффек­та полу­че­ния пол­но­стью одно­род­но­го мате­ри­а­ла. Дан­ное меро­при­я­тие метал­лур­ги назы­ва­ют горя­чим изо­ста­ти­че­ским прес­со­ва­ни­ем. После про­ве­де­ния этой про­це­ду­ры сталь допол­ни­тель­но про­хо­дит обра­бот­ку дав­ле­ни­ем. В конеч­ном ито­ге уда­ет­ся полу­чить быст­ро­ре­жу­щую сталь, име­ю­щую в сво­ем соста­ве неболь­шие частич­ки кар­би­дов, рав­но­мер­но рас­пре­де­лен­ные по всей поло­сти мате­ри­а­ла.

При­ме­ча­тель­но, что у раз­ных про­из­во­ди­те­лей про­цесс полу­че­ния такой ста­ли может доста­точ­но силь­но отли­чать­ся, одна­ко при этом в любом слу­чае сталь про­хо­дит обра­бот­ку жид­ким азо­том, а так­же под­вер­га­ет­ся горя­че­му изо­ста­ти­че­ско­му прес­со­ва­нию. Обра­ти­те вни­ма­ние, что метод изго­тов­ле­ния порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей ста­ли и метод про­из­вод­ства дета­лей из быст­ро­ре­жу­щей ста­ли – это две раз­ных про­це­ду­ры, кото­рые недо­пу­сти­мо путать меж­ду собой. Что каса­тель­но послед­не­го слу­чая, то здесь про­ис­хо­дит прес­со­ва­ние сталь­но­го порош­ка, кото­рый пред­ва­ри­тель­но был про­грет до номи­наль­ной тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния. В дан­ной ситу­а­ции струк­ту­ра мате­ри­а­ла при усло­вии исполь­зо­ва­ния связ­ки име­ет все шан­сы полу­чить­ся неод­но­род­ной. Быст­ро­ре­жу­щая сталь, кото­рая в насто­я­щее вре­мя про­из­во­дит­ся посред­ством мето­да порош­ко­вой метал­лур­гии, соче­та­ет в себе самые луч­шие пока­за­те­ли быст­ро­ре­жу­щей ста­ли, а так­же изно­со­стой­кость твер­дых спла­вов.

Особенности обработки шлифованием порошковой быстрорежущей стали

Уро­вень обра­ба­ты­ва­е­мо­сти быст­ро­ре­жу­щей ста­ли шли­фо­ва­ни­ем при­ня­то опре­де­лять по про­цент­но­му содер­жа­нию в ней кар­би­дов вана­дия. Дело в том, что имен­но эти кар­би­ды обла­да­ют высо­ки­ми харак­те­ри­сти­ка­ми твер­до­сти, по срав­не­нию с окси­да­ми алю­ми­ния, из кото­рых в насто­я­щее вре­мя про­из­во­дят про­мыш­лен­ные шли­фо­валь­ные кру­ги. Если про­цент­ное содер­жа­ние кар­би­дов вана­дия в быст­ро­ре­жу­щей ста­ли будет завы­ше­но, то шли­фо­валь­ный круг будет доволь­но быст­ро изна­ши­вать­ся. Кро­ме это­го, про­цесс шли­фо­ва­ния быст­ро­ре­жу­щей ста­ли, в соста­ве кото­рой при­сут­ству­ет боль­шое коли­че­ство кар­би­да вана­дия, зани­ма­ет доста­точ­но мно­го вре­ме­ни.

В порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей ста­ли кар­би­ды име­ют мини­маль­ные раз­ме­ны и рас­пре­де­ле­ны мак­си­маль­но одно­род­но, что дает воз­мож­ность зна­чи­тель­но повы­сить про­из­во­ди­тель­ность обра­бот­ки метал­ла шли­фо­ва­ни­ем. Сто­ит отме­тить, что доволь­но высо­кая сто­и­мость порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей ста­ли во мно­гом оправ­ды­ва­ет себя менее затрат­ной обра­бот­кой посред­ством мето­да шли­фо­ва­ния.

Достоинства и недостатки быстрорежущей порошковой стали

Незна­чи­тель­ные раз­ме­ры и рав­но­мер­ность рас­пре­де­ле­ния кар­бид­ных соеди­не­ний дела­ют порош­ко­вую быст­ро­ре­жу­щую сталь мак­си­маль­но проч­ной по отно­ше­нию к обык­но­вен­ной ста­ли. Это явле­ние ока­зы­ва­ет нема­ло­важ­ное вли­я­ние при обра­бот­ке заго­то­вок и сня­тии с них боль­ших при­пус­ков за один про­ход инстру­мен­та.

Сто­ит отме­тить, что тра­ди­ци­он­ная быст­ро­ре­жу­щая сталь содер­жит в сво­ем соста­ве не более 8% кар­би­дов, обла­да­ю­щих сред­ней плот­ность, при этом такое же их коли­че­ство при­сут­ству­ет и в порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей ста­ли. Несмот­ря на это, кар­би­дов с высо­кой твер­до­стью в порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей ста­ли намно­го боль­ше, что и объ­яс­ня­ет повы­шен­ную изно­со­стой­кость инстру­мен­тов из это­го мате­ри­а­ла. Про­цент­ное содер­жа­ние твер­дых кар­би­дов в такой ста­ли дости­га­ет 6%, а в обыч­ной быст­ро­ре­жу­щей ста­ли их не более двух про­цен­тов. В конеч­ном ито­ге появ­ля­ет­ся воз­мож­ность изго­тав­ли­вать инстру­мен­ты, кото­рые извест­ны не толь­ко высо­ким уров­нем изно­со­стой­ко­сти, но и проч­но­сти.

Сре­ди недо­стат­ков быст­ро­ре­жу­щей порош­ко­вой ста­ли мож­но отме­тить толь­ко ее высо­кую сто­и­мость, одна­ко она спол­на ком­пен­си­ру­ет­ся зна­чи­тель­ным повы­ше­ни­ем про­из­во­ди­тель­но­сти и стой­ко­сти инстру­мен­та, из кото­ро­го она про­из­во­дит­ся. Сто­ит отме­тить, что инстру­мент, изго­тов­лен­ный из порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей, ста­ли, име­ет мень­ший вес, чем ана­ло­ги это­го инстру­мен­та из тра­ди­ци­он­ной быст­ро­ре­жу­щей ста­ли.

Твердый сплав и порошковая быстрорежущая сталь

Если гово­рить о кон­ку­рен­тах быст­ро­ре­жу­щей порош­ко­вой ста­ли по ее тех­ни­че­ским харак­те­ри­сти­кам, то сре­ди них мож­но отме­тить раз­ве что твер­дые спла­вы. Толь­ко инстру­мен­ты из твер­дых спла­вов име­ют боль­шую изно­со­стой­кость, но при этом они все так­же хруп­ки. Имен­но поэто­му на прак­ти­ке доста­точ­но ред­ко при­ме­ня­ет­ся цель­ные твёр­до­сплав­ный инстру­мент для уда­ле­ния боль­ших при­пус­ков с заго­то­вок, а так­же крайне ред­ко при­ме­ня­ет­ся для удар­ной обра­бот­ки.

1001331116

Посколь­ку в соста­ве порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей ста­ли при­сут­ству­ет огром­ное коли­че­ство кар­би­дов высо­кой твер­до­сти, она име­ет прак­ти­че­ски такую же изно­со­стой­кость, как и твер­дые спла­вы. Одна­ко при этом из-за высо­кой проч­но­сти порош­ко­вая быст­ро­ре­жу­щая сталь намно­го луч­ше под­хо­дит для сня­тия боль­ших при­пус­ков и обра­бот­ки изде­лий удар­ной тех­ни­кой. Сто­ит отме­тить, что такая сталь отлич­но заре­ко­мен­до­ва­ла себя при нарез­ке резь­бы и фре­зе­ро­ва­нии.

Одним из послед­них дости­же­ний, име­ю­щих отно­ше­ние к мето­ду полу­че­ния порош­ко­вой крас­ки, мож­но отме­тить изоб­ре­те­ние про­цес­са ее тон­кой очист­ки – то есть элек­тро­шла­ко­во­го пере­пла­ва. Бла­го­да­ря этой про­це­ду­ре уда­ет­ся зна­чи­тель­но повы­сить уро­вень проч­но­сти мате­ри­а­ла, а так­же его пока­за­те­ли сопро­тив­ля­е­мо­сти к окра­ши­ва­нию. При­ме­ча­тель­но, что имен­но бла­го­да­ря высо­ко­му уров­ню одно­род­но­сти рас­по­ло­же­ния кар­бид­ных скоп­ле­ний в струк­ту­ре порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей ста­ли, появи­лась уни­каль­ная воз­мож­ность уве­ли­чи­вать их коли­че­ство в целом и делать это кон­тро­ли­ру­е­мо. В насто­я­щее вре­мя про­из­во­дят такую сталь, доля кар­би­дов вана­дия в кото­рой дости­га­ет 14%, по срав­не­нию с 4% в тра­ди­ци­он­ной быст­ро­ре­жу­щей ста­ли. Несмот­ря на то, что в это ста­ли при­сут­ству­ет боль­шое коли­че­ство кар­би­дов вана­дия, она при этом сохра­ня­ет высо­кую проч­ность и отлич­но под­да­ет­ся обра­бот­ке шли­фо­ва­ни­ем.

Сто­ит про­явить осто­рож­ность при покуп­ке про­филь­но­го инстру­мен­та из порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей ста­ли, посколь­ку доволь­но мно­гие про­из­во­ди­те­ли из Восточ­ной Евро­пы и даже Азии эко­но­мят на элек­тро­шла­ко­вой очист­ке ста­ли, что вызы­ва­ет неод­но­род­ность рас­по­ло­же­ния кар­би­дов внут­ри пере­пла­ва. При рабо­те с таким инстру­мен­том часто может про­ис­хо­дит его кро­ше­ние, что зна­чи­тель­но пони­жа­ет пока­за­те­ли изно­со­стой­ко­сти. Мето­ды про­из­вод­ства порош­ко­вой быст­ро­ре­жу­щей ста­ли в корне изме­ни­ли пред­став­ле­ние метал­лур­гов о свой­ствах быст­ро­ре­жу­щей ста­ли. Тра­ди­ци­он­ная тех­но­ло­гия полу­че­ния это­го спе­ци­фи­че­ско­го мате­ри­а­ла в сово­куп­но­сти с послед­ни­ми инно­ва­ци­он­ны­ми тех­но­ло­ги­я­ми поз­во­ли­ла зна­чи­тель­но повы­сить уро­вень содер­жа­ния кар­би­дов в соста­ве ста­ли и при этом сохра­нить ее удель­ную проч­ность. Порош­ко­вая быст­ро­ре­жу­щая сталь намно­го луч­ше ведет себя по срав­не­нию с обыч­ной быст­ро­ре­жу­щей ста­лью и твер­ды­ми спла­ва­ми при сня­тии боль­ших при­пус­ков с заго­то­вок и во вре­мя про­ве­де­ния удар­ной обра­бот­ки.