Сталь марки Р6М5: характеристики и применение. Расшифровка, характеристики и применение стали р6м5

Такой материал, как быстрорежущие стали, отличается уникальными свойствами, что дает возможность использовать его для изготовления инструментов, обладающих повышенной прочностью. Характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, позволяют производить из них инструменты самого различного назначения.

Характеристики быстрорежущих сталей

К категории быстрорежущие стали относят сплавы, химический состав которых дополнен рядом легирующих добавок. Благодаря таким добавкам сталям придаются свойства, позволяющие использовать их для изготовления режущего инструмента, способного эффективно работать на высоких скоростях. Быстрорежущие от обычных углеродистых сплавов как раз и отличает то, что инструмент, который из них изготовлен, может с успехом применяться для обработки твердых материалов на повышенных скоростях.

К наиболее примечательным характеристикам, которыми отличаются быстрорежущие стали различных марок, нужно отнести следующие.

• Твердость, сохраняемая в горячем состоянии (горячая твердость). Как известно, любой инструмент, используемый для выполнения обработки резанием, в процессе такой обработки интенсивно нагревается. В результате нагрева обычные инструментальные стали подвергаются отпуску, что в итоге приводит к снижению твердости инструмента. Такого не происходит, если для изготовления была использована быстрорежущая сталь, которая способна сохранять свою твердость даже при нагреве инструмента до 6000. Что характерно, стали быстрорежущих марок, которые часто называют быстрорезы, обладают даже меньшей твердостью по сравнению с обычными углеродистыми, если температура резания находится в нормальных пределах: до 2000.
• Повышенная красностойкость. Данный параметр любого металла характеризует период времени, в течение которого инструмент, изготовленный из него, способен выдерживать высокую температуру, не теряя своих первоначальных характеристик. Быстрорежущие стали в качестве материала для изготовления режущего инструмента не имеют себе равных по данному параметру.
• Сопротивление разрушению. Режущий инструмент, кроме способности переносить воздействие повышенных температур, должен отличаться и улучшенными механическими характеристиками, что в полной мере демонстрируют стали быстрорежущих марок. Инструмент, изготовленный из таких сталей, обладающий высокой прочностью, может успешно работать на большой глубине резания (сверла) и на высоких скоростях подач (резцы, сверла и др.).

Расшифровка обозначения марок сталей

Изначально быстрорежущая сталь как материал для изготовления режущих инструментов была изобретена британскими специалистами. С учетом того, что инструмент из такой стали может использоваться для высокоскоростной обработки металлов, этот материал назвали «rapidsteel» (слово «рапид» здесь как раз и означает высокую скорость). Такое свойство данных сталей и придуманное им в свое время английское название послужили причиной того, что обозначения всех марок данного материала начинаются с буквы «Р».

Правила , относящихся к категории быстрорежущих, строго регламентированы соответствующим ГОСТ, что значительно упрощает процесс их расшифровки.

Первая цифра, стоящая после буквы Р в обозначении стали, указывает на процентное содержание в ней такого элемента как вольфрам, который во многом и определяет основные свойства данного материала. Кроме вольфрама быстрорежущая сталь содержит в своем составе ванадий, молибден и кобальт, которые в маркировке обозначаются, соответственно буквами Ф, М и К. После каждой из такой буквы в маркировке стоит цифра, указывающая на процентное содержание соответствующего элемента в химическом составе стали.

В зависимости от содержания в составе стали тех или иных элементов, а также от их количества, все подобные сплавы делятся на три основных категории. Определить, к какой из категорий относится сталь, достаточно легко, расшифровав ее маркировку.

Итак, стали быстрорежущих марок принято разделять на следующие категории:

• сплавы, в которых кобальта содержится до 10%, а вольфрама до 22%; к таким сталям относятся сплавы марок Р6М5Ф2К8, Р10М4Ф3К10 и др.;
• стали с содержанием не более 5% кобальта и до 18% вольфрама; такими сталями являются сплавы марок Р9К5, Р18Ф2К5, Р10Ф5К5 и др.;
• сплавы, в которых как кобальта, так и вольфрама содержится не более 16%; к таким сплавам относится сталь Р9, Р18, Р12, Р6М5 и др.

Как уже говорилось выше, характеристики сталей, относящихся к категории быстрорежущих, преимущественно определяются содержанием в них такого элемента как вольфрам. Следует иметь в виду, что если в быстрорежущем сплаве содержится слишком большое количество вольфрама, кобальта и ванадия, то по причине формирования карбидной неоднородности такой стали режущая кромка инструмента, который из нее изготовлен, может выкрашиваться под воздействием механических нагрузок. Таких недостатков лишены инструменты, изготовленные из сталей, содержащих в своем составе молибден. Режущая кромка подобных инструментов не только не выкрашивается, но и отличается тем, что имеет одинаковые показатели твердости по всей своей длине.

Маркой стали для изготовления инструментов, к которым предъявляются повышенные требования по их технологическим характеристикам, является Р18. Обладая мелкозернистой внутренней структурой, такая сталь демонстрирует отличную износостойкость. Преимуществом использования стали данной марки является еще и то, что при выполнении закалки изделий из нее они не перегреваются, чего не скажешь о быстрорежущих сплавах других марок. По причине достаточно высокой стоимости инструментов, изготовленных из стали этой марки, ее часто заменяют на более дешевый сплав Р9.

Достаточно невысокая стоимость стали марки Р9, как и ее разновидности - Р9К5, которая по своим характеристикам во многом схожа с быстрорежущим сплавом Р18, объясняется рядом недостатков данного материала. Наиболее значимым из них является то, что в отожженном состоянии такой металл легко поддается пластической деформации. Между тем сталь марки Р18 также не лишена недостатков. Так, из данной стали не изготавливают высокоточный инструмент, что объясняется тем, что изделия из нее плохо поддаются шлифовке. Хорошие показатели прочности и пластичности, в том числе и в нагретом состоянии, демонстрируют инструменты, изготовленные из стали марки Р12, которая по своим характеристикам также схожа со сталью Р18.

Методы производства и обработки

Для производства инструментов, изготавливаемых из быстрорежущих сплавов, используются две основные технологии:

• классический метод, который предполагает разливку расплавленного металла в слитки, в дальнейшем подвергающиеся проковке;
• метод порошковой металлургии, при котором расплавленный металл распыляется при помощи струи азота.

Классическая технология, предполагающая проковку изделия из быстрорежущего сплава, которое предварительно было отлито в специальную форму, позволяет наделить такое изделие более высокими качественными характеристиками.

Подобная технология помогает избежать формирования карбидных ликваций в готовом изделии, а также дает возможность подвергнуть его предварительному отжигу и дальнейшей закалке. Кроме того, данная технология изготовления позволяет избежать такого явления, как «нафталиновый излом», которое приводит к значительному повышению хрупкости готового изделия, изготовленного из быстрорежущего сплава.

Закалка готовых инструментов, выполненных из быстрорежущего сплава, осуществляется при температурах, которые способствуют лучшему растворению в них легирующих добавок, но в то же время не приводят к росту зерна их внутренней структуры. После выполнения закалки быстрорежущие сплавы имеют в своей структуре до 30% аустенита, что не самым лучшим образом сказывается на теплопроводности материала и его твердости. Для того чтобы уменьшить количество аустенита в структуре сплава до минимальных значений, используются две технологии:

• проводят несколько циклов нагрева изделия, выдержки при определенной температуре и охлаждение: многократный отпуск;
• перед выполнением отпуска, изделие подвергается охлаждению до достаточно низкой температуры: до –800.

Улучшение характеристики изделий

Чтобы инструменты, изготовленные из быстрорежущих сплавов, обладали высокой твердостью, износостойкостью и коррозионной устойчивостью, их поверхность необходимо подвергнуть обработке, к методам выполнения которой относятся следующие.

Какая сталь применяется при изготовлении ножей и каковы её характеристики? Попробуем разобраться:

Дамасская сталь.

В состав клинка ножа из дамасской стали входит несколько углеродистых сталей таких как: ШХ-15, 5ХНМА, У8А, а для связи в основном применяют сталь 45. При ковке дамасского ножа используют как правило три разных пакета дамасской стали, они различны по своим свойствам, характеристикам и выполняют различные функции. Например, для обуха ножа используют пакет который обладает большей ударной вязкостью. Средней части клинка необходим пакет выдерживающий поперечные нагрузки, то есть на излом. И третий - это режущий пакет с высоким содержанием углерода, который после термообработки должен иметь имеет твёрдость 62-64 ед. HRC. Также после ковки на режущей кромки ножа, за счет чередования металлов с разным содержанием углерода, образуется микропила, что несомненно улучшает режущие свойства ножа.

Сталь 95Х18 (нержавейка)

Ножи клинки которых изготовлены из данной стали 95Х18 отличаются отменными режущими свойствами и высокую твердостью 58-60 ед. HRC. Достигается это за счет высокого содержания углерода в стали. Данный металл устойчив к различным агрессивным средам, не подвергается коррозии.

Химический состав стали 95Х18:

Сталь Х12МФ (инструментальная)

Ножи с клинками так же обладают хорошими режущими свойствами и имеют твердость 60-62 ед. HRC Металл клинка содержит 12% хрома и имеет не большую стойкость к коррозии. Ножи из такой стали хорошо держат заточку лезвия.

Химический состав:

Сталь ХВ5 (в народе алмазка)

При изготовлении ножей из данной стали клинки имеют твердость 62-64 ед. HRC, хорошо держат строй. Эту сталь ещё называют "алмазной сталью" из-за её высокой твердости и схожестью с алмазом.

Химический состав стали:

Сталь Р6М5К5 (быстрорез)

Основными достоинствами является: твердость 65-66 ед. HRC, отменными режущими свойствами, очень долго держит заточку, при правильной закалке и термообработке не будет хрупкой.

Сталь Р6М5 (M2).

Старичок среди быстрорежущих сталей - была разработана в тридцатых годах двадцатого века. Широко применяется во всём мире и является неким эталоном для сравнения с другими сталями. Данная сталь находит большое применение для изготовления клинков. Имеет неплохое сопротивление к износу, хорошо поддается шлифовке.

Химический состав стали Р6М5К5:

Теплостойкие стали высокой твердости, называемые быстрорежущими или быстрорезами, - группа высоколегированных инструментальных сталей, которые благодаря составу и специальным режимам термообработки на вторичную твердость имеют очень высокое иносо- и красностойкость(до 550 – 600°С). Они сочетают теплостойкость (600-700˚С) с высокой твердостью (HRC 63-70) и повышенным сопротивлением пластической деформации. В результате применениябыстрорежущих сталей стало возможным увеличить скорость резания в 2-4 раза (а более новых сталей с интерметаллидным упрочнением даже в 5-6 раз) и повысить стойкость инструментов в 10-40 и более раз по сравнению с получаемыми для инструментов из нетеплостойких сталей. Эти преимущества проявляются при резании: с повышенной скоростью, т.е. в условиях нагрева режущей кромки, или при меньшей скорости, но с высоким давлением. Для понимания особенностей свойств и области использования их важно, что снижение их твердости на HRC 2-4 по сравнению с получаемой максимальной может сопровождаться ухудшением вязкости, прочности и износостойкости. Быстрорежущая сталь необходима в использовании в состоянии высокой твердости и при работе без больших динамических нагрузок.

Теплостойкость быстрореза создается специальным легированием и закалкой с очень высоких температур: 1200-1300˚С. Основные легирующие элементы – вольфрам или вольфрам вместе с молибденом. Многочисленные быстрорежущие стали целесообразно различать по главному свойству: умеренной, повышенной и высокой теплостойкости. Стали умеренной и повышенной теплостойкости имеют относительно высокое содержание углерода (≥0,6-0,7%) и одинаковую природу упрочнения; вторичная твердость создается выделением карбидов при отпуске.

Быстрорежущая сталь умеренной теплостойкости сохраняют твердость HRC 60 после нагрева (4ч) до 615-620˚С. Они пригодны для резания сталей и чугунов с твердостью до HB 250-280, т.е. большинства конструкционных материалов, и используются наиболее широко (78-80% от общего производства быстрорежущих сталей). Характерными представителями этой группы являются стали Р18 и более рационально легированные: вольфрамовые (сталь Р12) и вольфрамомолибденовые (сталь Р6М5).

Стали повышенной теплостойкости имеют высокое содержание или углерода (азота) или же их легируют дополнительно кобальтом. Они сохраняют твердость HRC 60 после нагрева 630-650˚С. Стойкость инструментов при правильном использовании этих сталей в 1,5-4 раза выше, чем у сталей умеренной теплостойкости.

Стали высокой теплостойкости сохраняют твердость HRC 60 после нагрева 700-730˚С. Природа их упрочнения принципиально другая – за счет выделения интерметаллидов. Эти стали при правильном назначении, например для резания многих труднообрабатываемых материалов, обеспечивают повышение стойкости в 10-15 и более раз.

1.Химический состав быстрорежующих сталей (ГОСТ 19265-73)

По составу быстрорежущая сталь делится на фольфрамовую (Р9, Р12, Р18, Р18Ф2), высокованадиевую (Р9Ф5, Р14Ф4), кобальтовую (Р9К5, Р9К10), кобальтованадиевую (Р10К5Ф5, Р18К5Ф2). Находят также применение малолегированные быстрорежущие стали Р7Т, вольфрамомолибденовые (Р6М3 и Р6М5Ф, кобальтованадиевые Р6М3К5Ф2, Р9М4К5Ф2 и Р18К8Ф2М и др.

2.Химический состав быстрорежующих сталей (негостированные)

Сортамент выпускаемых быстрорежущих сталей:

прутки горячекатаные и кованные – круглые и квадратные, полоса;

прутки круглые повышенной отделки поверхности и повышенной точности размеров;

холоднокатаная лента.

3.Основные свойства быстрорежущих сталей в исходном состоянии поставки

Назначение быстрорежущих сталей

Применяются для производства металлорежущего инструмента, рассчитанного на высоскоростной режим резания. Легирование быстрорежущих сталей вольфрамом, молибденом, ванадием и кобальтом обеспечивает твердость и жаростойкость стали.

Маркировка быстрорежущих сталей:

Число после буквы «Р» указывает на среднее содержание вольфрама (в процентах от общей массы, буква В пропускается). Затем после букв М, Ф и К указывают процент молибдена, ванадия и кобальта.

Сплав элемента восьмой группы периодической системы Менделеева с атомным номером 26 (железо) с углеродом и некоторыми другими элементами принято называть сталью. Она обладает высокой прочностью и твердостью, лишена пластичности и вязкости благодаря углероду. повышают положительные характеристики сплава. Тем не менее сталью принято считать металлический материал, который содержит не менее 45% железа.

Рассмотрим такой сплав, как сталь Р6М5, и узнаем, какими характеристиками он обладает и в каких областях находит применение.

Марганец как легирующий элемент

До XIX столетия для обработки цветных металлов и дерева использовалась обыкновенная сталь. Её режущих характеристик для этого вполне было достаточно. Однако при попытках обработать стальные детали инструмент очень быстро нагревался, изнашивался и даже деформировался.

Английский металлург Р. Мюшетт путем проведения опытов выяснил, что для того, чтобы сделать сплав более прочным, в него необходимо добавить окислитель, который высвободит из него излишки кислорода. В литую добавлять зеркальный чугун, в котором содержался марганец. Так как он является легирующим элементом, его процентное соотношение не должно превышать 0,8%. Так, сталь Р6М5 содержит от 0,2% до 0,5% марганца.

Вольфрамовое железо

Уже в 1858 году над получением сплавов с вольфрамом работали многие ученые и металлурги. Они точно знали, что это один из самых тугоплавких металлов. Добавление его в сталь как легирующего элемента позволило получить сплав, который мог бы выдерживать высокие температуры и при этом не изнашиваться.

Она также используется для производства теплостойких шарикоподшипников, работающих на высокой скорости при температуре 500-600 °С. Аналогами сплава Р6М5 являются Р12, Р10К5Ф5, Р14Ф4, Р9К10, Р6М3, Р9Ф5, Р9К5, Р18Ф2, 6М5К5. Если вольфрамомолибденовые сплавы, как правило, применяются для изготовления инструмента для черновой обработки (сверла, фрезы), то ванадиевые (Р14Ф4) для чистовой обработки (развертки, протяжки). На каждом режущем инструменте обязательно существует маркировка, позволяющая узнать, из какого сплава он сделан.

Сталь Р6М5, иногда ее называют быстрорез (быстрорежущая) или самокал, относится к разряду инструментальных сталей. Наличие в этой стали легирующих элементов, а расшифровка Р6М5, говорит о том что в ее массовом объеме содержится порядка 6% вольфрама и 5% молибдена. Кстати, буква Р, показывает, что эта сталь относится к быстрорежущим. Существуют импортные аналоги — М2 (США AISI/ASTM). Маркировка импортных сталей начинается с аббревиатуры HSS, ее расшифровка звучит так - высокоскоростная сталь.

Нормативная база

Производители стали Р6М5 должны руководствоваться рядом ГОСТ и ТУ, которые определяют сортамент выпускаемых изделий, химический состав, порядок контроля и приемки готовой продукции. Вся сталь, которая поступает на внутренний рынок из-за рубежа, должна соответствовать их требованиям.

Один из основополагающих документов это ГОСТ 19265-73. Именно в нем определены базовые требования к этой стали.

Характеристика Р6М5

Среди ключевых свойств Р6М5 можно назвать:

• склонность к обезуглероживанию;

• стойкость к износу;

• высокую вязкость.

Ко всему прочему, она хорошо обрабатывается на шлифовальном оборудовании.

Все, вышеперечисленные характеристики, позволяют использовать ее при производстве инструментальной продукции самого широкого применения, который может быть использован для работы с конструкционными, в том числе и легированными сталями.

Чаще всего Р6М5 применяют при производстве протяжек, прошивок, токарных резцов, фрез и пр.

Иногда Р6М5 называют вольфрамомолибденовой сталью. Она в состоянии сохранять свои свойства даже при работе в условиях высоких температур. В качестве примера можно сказать что после проведения термической обработки ее твердость остается неизменной.

Перечисленные характеристики предопределили ее использование как стали, применяемой для работы в условиях высоких температур.

Еще одно качество стали Р6М5 — это то, что она хорошо держит заточку. Ко всему прочему, эта сталь хорошо выдерживает нагрузки ударного действия. Это позволяет ее использование в качестве сверл, разверток и другой инструментальной продукции.

Тонкости термической обработки

Термическая обработка Р6М5 имеет ряд технологических тонкостей. Они связаны со свойством этой стали к обезуглероживанию и временем необходимым для нагрева до температуры закалки. Она составляет 1230 градусов Цельсия и в процессе нагрева делают отпуск по достижении 200 и 30 градусов, время на эти промежуточные операции составляет один час. Далее, нагрев останавливают на уровне 690, 860 и 1230 градусов. Первые две остановки длятся по три минуты, последние девяносто секунд.

Довольно сложный процесс закаливания не может не отразиться на цене сплава и характеристиках материала.

По достижении заданной температуры в 1230 градусов, Р6М5 охлаждают с применением селитры, масла и воздуха. После этого, производят отпуск на уровне температуры в 560 градусов. Время выдержки составляет полтора часа. В точках отпуска, в сплав добавляют легирующие добавки, которые и и придают изделию необходимую твердость.

Перед началом всех видов термической обработки, сталь необходимо отжечь. Эта операция обеспечивает снижение хрупкости, но при этом сохраняя его прочностные параметры.

Применение Р6М5 в производстве и быту

Р6М5 часто применяют для производства ножей, причем как в серийном производстве, так и в быту. Надо отметить, что правильно заточенный нож справляется практически любым материалом, в интернете можно найти видео где видно как нож, произведенный из этой марки, режет пластину из металла.

Несмотря на высокую цену, ножи из Р6М5 весьма популярны в быту, но проблема заключается в том, изделие из этой стали сложно заточить и поэтому чаще всего такой нож можно встретить у охотников, туристов и пр.

Практически в каждом доме можно встретить электроинструмент, а вот вся технологическая оснастка и инструмент выполняется из Р6М5.

Сверла из этой стали применяют для различных работ по дому. Из этого сплава производят такие изделия, как:

• простые сверла, заточенные с одной стороны;
• выполненные в виде коронки, они предназначены для гипсокартона;
• с концовкой, выполненной в форме копья.

Конечно, из этой стали производят и сверла для работы с металлом.

В промышленности, Р6М5, применяют для изготовления различного инструмента, например:

• развертки;

• плашки (лерки);

• долбежные резцы;

• полотна для ручных и механических ножовок.

Особенности заточки

Изделия из Р6М5 подвергаются периодическому затуплению. Сразу можно сказать, что обыкновенные круги, выполненные из электрокорунда, вряд ли помогут выполнить заточку. Для этого целесообразно применять абразивы, изготовленные на основании эльбора.

Для заточки и правки применяют круги плоского профиля (ПП), а также чашечные. Но заточка кругами на основе эльбора имеет свои недостатки, выражающиеся в некачественной чистоте поверхности и появлению изменений в структуре металла.

Для достижения максимального эффекта от заточки Р6М5 рекомендовано выполнять заточку в два захода:

• предварительная, для этого применяют круги с зерном 40;
• чистовая, для этого используют круги с зерном 25 — 16.

Цена на сталь Р6М5

Стоимость Р6М5 довольно высока. Так, в Москве, круг с толщиной 2 мм стоит 1350 рублей за килограмм, а толщиной в 16 мм, его цена составит 600 рублей за килограмм. Для сравнения, обычная углеродистая стал стоит в пределах 20 — 40 рублей за килограмм.