Сплав елемента 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 менше сталлю прийнято вважати металевий матеріал, який містить не менше 45% заліза.
Розглянемо такий сплав, як сталь R6M5, і дізнаємося, якими характеристиками він володіє і в яких областях знаходить застосування.
Марганець як легіючий 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 вивільнить з нього надлишки кисню. У литу сталь почали додавати дзеркальний чавун, в якому містився марганець. Оскільки він є легуючим елементом, його процентне співвідношення не повинно перевищувати 0,8%. Так, сталь R6M5 містить від 0,2% до 0,5% марганцю.
Вольфрамове залізо
Вже в 1858 році над отриманням сплавів з вольфрамом працювали багато вчених і металурги. Вони точно знали, що це один з найбільш тугоплавких металів. Додавання його в сталь як легуючого елемента дозволило отримати сплав, який міг би витримувати високі температури і при цьому не зношуватися.
Сталь R6M5 містить 5,5-6,5% вольфраму. Сплави з його вмістом найчастіше починаються на букву «Р» і називаються швидкощими. У 1858 році Мюшеттом була отримана перша сталь, що містить 9% вольфраму, 2,5% марганцю і 1,85 вуглецю. Пізніше, додавши в неї ще 0,3% С, 0,4% Cr і прибравши 1,62% Mn, 3,56% W, металург отримав сплав, званий самокал (Р6М5). За своїми характеристиками він також схожий на сталь R18.
Дефіцит вольфраму
Звичайно ж, в 1860-х роках, коли багато елементів були в повному достатку, сталь з додаванням вольфраму вважалася найміцнішою. 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 R6M5 користується набагато більшою популярністю, ніж R18. Подивившись їх хімічний склад, можна побачити, що вміст вольфраму в R18 - 17-18,5%, в той час, як у вольфрамомолібденовому сплаві - до 6,5% максимум. Крім того, в самокалі присутні до 0,25% міді і молібдену до 5,3%.
Інші легальні елементи
Крім уже перерахованих вище вуглецю, марганцю, вольфраму і молібдену, сталь R6M5 також містить у своєму складі кобальт (до 0,5%), хром (4,4%), мідь (0,25%), ванадій (2,1%), фосфор (0,03%), сірку (0,025%), нікель (0,6%) кремній (0,5%). Для чого ж вони необхідні?
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 сталі, як червоностійкість і гаряча твердість.
Сталь R6M5, 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 R6M5
Розшифровка сталі залежить від того, як вона виготовляється, які легіючі елементи включає і скільки містить вуглецю. Для різних типів існують свої позначення. Якщо, наприклад, сплав не містить легіючих елементів, то він позначається «Ст» і поруч число, яке показує середній вміст вуглецю в сталі (Ст20, Ст45).
У низьколегованих сплавах спочатку йде процентна кількість вуглецю, а потім букви, що позначають хімічні елементи (10KhSND, 20ХН4ФА). Якщо ж біля них, як у прикладі, поруч немає цифр - значить, вміст кожного з них не перевищує 1%. Літера «Р» у марці сплаву означає, що він є швидкоякісним (rapid).
Слідом за нею стоїть число - це процентний вміст вольфраму (R9, Р18), а далі, букви і цифри - це легуючі елементи і їх процентне співвідношення. З цього випливає, що швидкоякісна сталь R6M5 містить до 6% вольфраму і до 5% молібдену.
Віджиг
Як правило, виробництво такого сплаву класичне і застосуються для всіх швидкоякісних сталей. Однак слід враховувати, що для того, щоб вольфрамомолібденовий сплав був дійсно міцним, твердим і зносостійким, його необхідно піддати випалюванню.
Якщо інші марки, наприклад, Ст45, втрачають свої властивості міцності при випалюванні, то швидкоріжучі, навпаки, поліпшуються і стають міцнішими і твердішими. Саме тому R6M5 перед гартуванням віджигають. Як це відбувається?
Прокат (наприклад, полотно «сталь Р6М5») товщиною близько 22 мм у спеціальній печі нагрівають до температури 870 ° С, потім остужають до 800 ° С, а потім знову нагрівають. Таких циклів може бути близько 10.
Крім того, після п'ятого необхідно плавно знижувати температуру. Наприклад, нагрів 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. Нагрів і охолодження дозволяє максимально розчинити легуючі елементи, але при цьому аустеніт не буде рости.
Якщо не витримати температурний режим і зробити віджиг при температурі понад 900 ° С, то в сплаві утворюється підвищена кількість аустеніту і твердість знизиться. Охолодження ж рекомендується проводити за допомогою олійних ванн, це вбереже вольфрамомолібденовий сплав від тріщин і надколів.
Спосіб виготовлення R6M5
Звичайно ж, як і будь-який інший сплав, R6M5 виготовляється в різному сортаменті. Так, у деяких цехах швидкоякісну гарячу сталь розливають у злитки. На іншому ж виробництві її катають гарячим прокатом. Для цього нагріті злитки обтискають між валами прокатного стану. Його одержувана форма залежатиме від форми самих валів.
Марка сталі R6M5 широко використовується для деталей, що працюють при високих температурах. З цієї причини останнім часом дуже популярним способом виготовлення сталі є порошковий.
При розливанні гарячої сталі в злитки, відбувається дуже швидке виділення карбидів з розплаву. У деяких ділянках вони формують нерівномірні області скупчення, які в подальшому є місцем зародження тріщин.
При порошковому виготовленні використовується спеціальний порошок, у складі якого присутні всі необхідні компоненти. Його спекають у спеціальному вакуумному контейнері з високою температурою і тиском. Це сприяє тому, що матеріал виходить однорідним.
Застосування
Сталь R6M5 широко застосовується в різних галузях промисловості. Найчастіше її використовують для виготовлення ріжучих інструментів для токарних, фрезерних і згорлильних верстатів у металургії. Це пояснюється її характеристиками міцності, теплостійкості, твердості.
Як правило, з неї виготовляють сверла, метчики, плашки, різці. Металорізальний інструмент зі сталі R6M5 відмінно підходить для різання на високих швидкостях, крім того, не вимагає охолодження СОЖЕМ. Ніж зі сталі R6M5 - це також не рідкість.
Оскільки вольфрамомолібденовий сплав володіє високою твердістю і підвищеною в'язкістю, його часто використовують для виготовлення ножів з міцними рукоятками і красивими візерунками.
Легіючі елементи в необхідній кількості дозволили створити унікальну сталь, яка практично не іржавіє і має хорошу шліфованість. Це дозволяє при слюсарних роботах збільшувати швидкість різання в 4 рази.
Вона також використовується для виробництва теплостійких кулькопідшипників, що працюють на високій швидкості при температурі 500-600 ° С. Аналогами сплаву R6M5 є R12, R10K5F5, R14F4, R9K10, R6M3, R9F5, R9K5, R18F2, 6M5K5. Якщо вольфрамомолібденові сплави, як правило, застосовуються для виготовлення інструменту для чорнової обробки (сверла, фрези), то ванадієві (R14F4) для чистової обробки (розгортки, протяжки). На кожному ріжучому інструменті обов'язково існує маркування, що дозволяє дізнатися, з якого сплаву він зроблений.
