Сталь Р6М5: характеристики, застосування

Сплав елементи восьмої групи періодичної системи Менделєєва, з атомним номером 26 (залізо) з вуглецем і деякими іншими елементами прийнято називати сталлю. Вона володіє високою міцністю і твердістю, позбавлена пластичності і в'язкості завдяки вуглецю. Легуючі елементи підвищують позитивні характеристики сплаву. Тим не менш сталлю прийнято вважати металевий матеріал, який містить не менше 45% заліза. Розглянемо такий сплав, як сталь Р6М5 і дізнаємося, якими характеристиками він володіє і в яких областях знаходить застосування.

Марганець як легирующий елемент

До XIX століття для обробки кольорових металів і дерева використовувалася звичайна сталь. Її ріжучих характеристик для цього цілком було достатньо. Однак при спробах обробити сталеві деталі інструмент дуже швидко нагрівався, зношувався і навіть деформувався.


Англійський металург Р. Мюшетт шляхом проведення дослідів з'ясував, що для того, щоб зробити сплав більш міцним, до нього необхідно додати окислювач, який визволить з нього надлишки кисню. В литу сталь стали додавати дзеркальний чавун, в якому містився марганець. Так як він є легуючим елементом, його відсоткове співвідношення не повинно перевищувати 08%. Так, сталь Р6М5 містить від 02% до 05% марганцю.

Вольфрамове залізо

Вже в 1858 році над отриманням сплавів з вольфрамом працювали багато вчених і металурги. Вони точно знали, що це один із самих тугоплавких металів. Додавання його в сталь як легуючого елемента дозволило одержати сплав, який міг би витримувати високі температури і при цьому не зношуватися.


Сталь Р6М5 містить 55-65% вольфраму. Сплави з його змістом найчастіше починаються на букву «Р» і називаються швидкорізальними. У 1858 році Мюшеттом була отримана перша сталь, що містить 9% вольфраму, 25% марганцю і 185 вуглецю. Пізніше, додавши до неї ще 03%, 04% Cr і прибравши 162% Mn, 356% W, металург отримав сплав, званий самокал (Р6М5). За своїми характеристиками він також схожий на сталь Р18.

Дефіцит вольфраму

Звичайно ж, в 1860-х роках, коли багато елементи були в повному достатку, сталь з додаванням вольфраму вважалася самою міцною. З часом цього елемента в природі стає все менше, а ціна на нього зростає. З економічної точки зору додавати велику кількість W в сталь стало недоцільним. З цієї причини сталь Р6М5 користується набагато більшою популярністю, ніж Р18. Подивившись їх хімічний склад, можна побачити, що вміст вольфраму в Р18 – 17-185%, в той час, як в вольфрамомолибденовом сплаві – до 65% максимум. Крім того, в самокале присутній до 025% міді і молібдену до 53%.

Інші легуючі елементи

Крім уже перерахованих вище вуглецю, марганцю, вольфраму і молібдену, сталь Р6М5 також містить у своєму складі кобальт (до 05%), хром (44%), мідь (025%), ванадій (21%), фосфор (003%), сірку (0025%), нікель (06%) кремній (05%). Для чого ж вони потрібні? У кожного легуючого елемента є своя функція. Так, наприклад, хром необхідний для термічного зміцнення, а нікель підвищує в'язкість. Молібден і ванадій практично усувають крихкість після відпустки. Деякі з легуючих елементів покращують такі властивості стали, як червоностійкість і гаряча твердість.
Сталь Р6М5 характеристики якої ми вивчаємо, в загартованому стані має твердість 66 HRC при температурі випробувань до 600 °С. Це означає, що навіть при сильному нагріванні вона не втрачає свої характеристики міцності, а значить, не зношується і не деформується.

Позначення Р6М5

Розшифровка сталі залежить від того, як вона виготовляється, які легуючі елементи включає і скільки містить вуглецю. Для різних типів існують свої позначення. Якщо, наприклад, сплав не містить легуючих елементів, то він позначається «Ст» і поруч число, що показує середній вміст вуглецю в сталі (Ст20 Ст45). В низьколегованих сплавах спочатку йде відсоткове кількість вуглецю, а потім букви, що позначають хімічні елементи (10ХСНД, 20ХН4ФА). Якщо ж біля них, як у прикладі, поруч немає цифр – значить, вміст кожного з них не перевищує 1%. Буква «Р» в марку сплаву означає, що він є швидкорізальним (rapid). Слідом за нею стоїть число – це процентний вміст вольфраму(Р9 Р18), а далі, букви і цифри – це легуючі елементи та їх процентне співвідношення. З цього випливає, що швидкорізальна сталь Р6М5 містить до 6% вольфраму і до 5% молібдену.

Відпал

Як правило, виробництво такого сплаву класичне і застосовується для всіх швидкорізальних сталей. Однак слід враховувати, що для того, щоб вольфрамомолибденовий сплав був дійсно міцним, твердим і зносостійким, його необхідно піддати відпалу. Якщо інші марки, наприклад, Ст45 втрачають свої властивості міцності при відпалі, то швидкорізальні, навпаки, поліпшуються і стають міцнішими і твердее. Саме тому Р6М5 перед загартуванням отжигают. Як це відбувається? Прокат (наприклад, полотно «сталь Р6М5») товщиною близько 22 мм в спеціальній печі нагрівають до температури 870 °С, потім охолоджують до 800 °С, а потім знову нагрівають. Таких циклів може бути близько 10.
Крім того, після п'ятого необхідно плавно знижувати температуру. Наприклад, нагрівання знову але до 850 °С охолодити до 780 °С. І так до тих пір, поки не дійде до позначки 600 °С. Такий складний процес відпалу пояснюється наявністю зерен аустеніту в легованих сплавах, що є вкрай небажаним. Нагрівання та охолодження дозволяє максимально розчинити легуючі елементи, але при цьому аустеніт не буде зростати. Якщо не витримати температурний режим і провести відпал при температурі понад 900 °С, то в сплаві утворюється підвищена кількість аустеніту і твердість знизиться. Охолодження ж рекомендується проводити за допомогою масляних ванн, це вбереже вольфрамомолибденовий сплав від тріщин і надколов.

Спосіб виготовлення Р6М5

Звичайно ж, як і будь-який інший сплав, Р6М5 виготовляється в різному сортаменті. Так, в деяких цехах бистрорежущую гарячу сталь розливають у злитки. На іншому ж виробництві її катають гарячим прокатом. Для цього нагріті зливки обжимають між валами прокатного стану. Його одержувана форма буде залежати від форми самих валів. Марка сталі Р6М5 широко використовується для деталей, що працюють при високих температурах. З цієї причини останнім часом дуже популярним способом виготовлення сталі є порошковий. При разливании гарячої сталі в злитки, відбувається дуже швидке виділення карбідів з розплаву. В деяких ділянках вони формують нерівномірні області скупчення, які в подальшому є місцем зародження тріщин. При порошковому виготовленні використовується спеціальний порошок, в складі якого присутні всі необхідні компоненти. Його спекают в спеціальному вакуумному контейнері з високою температурою і тиском. Це сприяє тому, що матеріал виходить однорідним.

Застосування

Сталь Р6М5 широко застосовується в різних галузях промисловості. Найчастіше її використовують для виготовлення різальних інструментів для токарних, фрезерних і свердлильних верстатів в металургії. Це пояснюється її характеристиками міцності, теплостійкості, твердості. Як правило, з неї виготовляють свердла, мітчики, плашки, різці. Металорізальний інструмент з сталі Р6М5 відмінно підходить для різання на високих швидкостях, крім того, не вимагає охолодження СОЖем. Ніж зі сталі Р6М5 – це також не рідкість. Оскільки вольфрамомолибденовий сплав володіє високою твердістю і підвищеною в'язкістю, його часто використовують для виготовлення ножів з міцними рукоятками і красивими візерунками. Легуючі елементи у необхідній кількості дозволили створити унікальну сталь, яка практично не іржавіє і має хорошу шлифуемость. Це дозволяє при слюсарних роботах збільшувати швидкість різання в 4 рази. Вона також використовується для виробництва теплостійких шарикопідшипників, що працюють на високій швидкості при температурі 500-600 °С. Аналогами сплаву Р6М5 є Р12 Р10К5Ф5 Р14Ф4 Р9К10 Р6М3 Р9Ф5 Р9К5 Р18Ф2 6М5К5. Якщо вольфрамомолибденовие сплави, як правило, застосовуються для виготовлення інструменту для чорнової обробки (свердла, фрези), то ванадієві (Р14Ф4) для чистової обробки (розгортки, протяжки). На кожному різальному інструменті обов'язково існує маркування, що дозволяє дізнатися, з якого сплаву він зроблений.