Сталь Р6М5

Задание 2. Для изготовления фрез выбрана сталь Р6М5. Укажите состав стали и определите, к какой группе относится данная сталь по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической обработки, объяснив влияние легирующих элементов на превращения, происходящие на всех этапах термической обработки данной стали. Опишите микроструктуру и свойства стали после термической обработки.

Фрезерование это процесс резания металла, широко распространенный метод обработки заготовок , а также высокопроизводительный. Работа осуществляется многозубыми режущими инструментами – фрезами.

 

Рисунок 1. Дисковая фреза

Принцип фрезерования заключается в прерывистости процесса резания. Рабочий край инструмента подвергается тепловым воздействиям за счет тепла, выделяющегося при резании и трении. Температура достигает 400-600ºС и может возрастать при последующем повышении скорости резания.

Поэтому важнейшими условиями к дисковой фрезе являются:

- высокая твердость 63-65 HRC;

- высокая прочность и  сопротивление пластической деформации;

- теплостойкость, при температуре  резанья 615-620 °С;

- формо- и размероустойчивость.

Дисковая фреза выполняется из быстрорежущей стали.  Быстрорежущие стали это высоколегированные стали, специализирующиеся в изготовлении инструментов высокой производительности.

Быстрорежущая сталь должна иметь высокую твердостью и красностойкостью. Это обеспечивается введением большого количества вольфрама (W) и карбидообразующими элементами: молибденом (Mo), хромом (Cr) и ванадием (V).

Одна из наиболее распространенных быстрорежущих сталей является Р6М5.

Таблица 1. Химический состав:

Марка стали	С	Сr	W	V	Mo	Co
Р6М5	0,80 – 0,88	3,8 – 4,4	5,5 – 5,6	1,7 – 2,1	5,0 – 5,5	̶

 

Таблица 2. Механические свойства:

Марка стали	Режим термической обработки		Предел прочности σизг, МПа	HRC
	tзак, º С	tотп, º С
Р6М5	1220	560	3300 ̶ 3400	63 ̶ 65

 

Термическая обработка быстрорежущей стали Р6М5 осуществляется двумя операциями: закалки и отпуска.

Температура закалки  стали Р6М5 равна 1210° ̶ 1230°С. 

Из-за малой теплопроводности стали нельзя помещать инструмент сразу в печь для окончательного нагрева во избежание появления трещин. Для этого рекомендуется применять специальный подогрев. Наиболее распространен  двойной  подогрев:  первый  при 500 – 600˚С,  второй  при 830 – 860˚С.

 Задача закалки  заключается в получение пересыщенного углерода  и мартенсита для того, чтобы упрочнить фрезу и при дальнейшей операции отпуска обеспечить выделение дисперсных карбидов.

Высокая  температура закалки требуются для более полного растворения карбидов и получения аустенита. Это приводит к тому, что после закалки мы получаем мартенсит, обладающий высокой теплостойкостью. Высоколегированный аустенит, полученный при нагреве под закалку, обладает большой устойчивостью, поэтому сталь имеет небольшую скорость охлаждения (закалки) и может закаливаться на воздухе. Однако на практике в качестве охлаждающей среды применяется масло.

В связи с этим с повышением температуры закалки:

1)    растут зёрна аустенита, что приводит к уменьшению предела прочности и ударной вязкости стали;

2)    увеличивается количество остаточного аустенита  в структуре закалённой стали.

Структура стали после закалки состоит из:

• легированного мартенсита;
• остаточного аустенита (20…25%);
• нерастворимых карбидов – 10%.

Температура отпуска  стали Р6М5 равна 550° ̶ 570°C. 

Задача отпуска  заключается в получении высоких  значений твёрдости и теплостойкости стали, осуществляющихся в результате возрастания количества дисперсных карбидных частиц, выделяющихся из мартенсита.

Отпуск вызывает превращение остаточного легированного аустенита в легированный мартенсит, что сопровождается увеличением твердости. Чтобы весь остаточный аустенит перевести в мартенсит и произошел отпуск вновь образовавшегося мартенсита, сталь Р6М5 подвергают трехкратному отпуску при температуре 560ºС.

Структура стали Р6М5 после отпуска состоит из мартенсита отпуска и нерастворимых карбидов.

Рисунок 2. График термической обработки быстрорежущей стали Р6М5

 

                    

 

                                  а                                                               б 

Рисунок 3. Схемы микроструктуры стали Р6М5: а – закаленная – мартенсит закалки + аустенит остаточный + карбиды; б – отпущенная – мартенсит отпуска + карбиды