Стали повышенной теплостойкости для режущего инструмента таблица

С земли и из-под земли

Из 41 пуска Р-9, входивших в первый этап летно-конструкторских испытаний ракеты, аварийными оказались 19 — то есть чуть меньше половины. Для новой техники, да еще такой сложной, как межконтинентальная баллистическая ракета, это был очень хороший показатель. Кстати, уже второй испытательный пуск, который провели 24 апреля 1961 года, вскоре после всемирно знаменитого старта Юрия Гагарина, оказался успешным. Ракета стартовала строго по графику, все двигатели отработали как надо, ступени разделились вовремя, и головная часть благополучно долетела до Камчатки, где и упала на полигоне Кура. При этом недолет до цели составил всего 300 метров, а отклонение — чуть больше 600.

Но доработать и заставить летать саму «девятку» — этого было мало. Нужно было еще и обеспечить ее стартовыми позициями. А вот с этим возникли определенные трудности. Первый вариант наземного пуска, называвшийся «Десна-Н», по итогам испытаний признали не соответствующим тактико-техническим требования заказчика и не рекомендовали к принятию на вооружение. В частности, слишком тяжелой и неудобной в эксплуатации оказалась переходная рама, которая создавалась как средство ускорения предстартовой подготовки и входила в состав самой ракеты. Именно к этой раме еще на технической позиции пристыковывались все переходные связи «земля-борт», а на стартовом столе оставалось подключить лишь переходники от рамы к оборудованию стола. Увы, даже с использованием такого новшества технологический цикл подготовки ракеты составлял два часа — а речь-то шла уже о минутах!

Общий вид шахтной пусковой установки для ракет Р-9 типа «Десна-В».

Гораздо более удачным вышла шахтная стартовая позиция для Р-9, носившая кодовое название «Десна-В». Первый запуск ракеты из такой шахты состоялся 27 сентября 1963 года, и оказался вполне успешным. И старт, и весь полет ракеты прошли в полном соответствии с программой, а боеголовка попала в цель на Куре с перелетом 630 метров и отклонением 190 метров. Кстати, именно в шахтном варианте старта была реализована еще одна новаторская идея Василия Мишина, предложившего создать ракету на переохлажденном кислороде — непрерывная подпитка стоящей на боевом дежурстве Р-9 этим компонентом. В итоге потери жидкого кислорода удалось свести до 2-3% в год — невероятный показатель для такого вида ракет! А главное, удалось за счет этого представить к принятию на вооружение систему, которая обеспечивала пребывание ракеты в состоянии готовности номер один (то есть не заправленную всеми компонентами топлива) в течении одного года при условии, что на ней — без снятия со старта! — периодически проводились положенные регламентные работы. Если же поступала команда на пуск, то по нормативам на полную технологическую подготовку уходило 20 минут, при чем основная часть времени тратилась на раскрутку гироскопов системы наведения.

Впрочем, и с наземным стартом тоже удалось решить проблему, создав вполне удачную пусковую установку «Долина». Тут применили совершенно небывалое для тех лет, но ставшее в дальнейшем классическим решение по максимальной автоматизации процесса подготовки и установки ракеты на стартовый стол, которое теперь занимало всего полминуты. Соответствующая автоматизированная система была разработана в самом ОКБ-1 и изготовлена на заводе «Красная заря».

Процесс запуска на площадке «Долина» выглядел так: самоходная тележка с ракетой выходила из монтажно-испытательного корпуса и шла до пускового устройства. Дойдя до упоров, она соединялась с подъемно-установочным устройством, а то поднимало ее в вертикальное положение, автоматически стыковало все коммуникации и закрепляло ракету на пусковом столе. После этого — и тоже в автоматическом режиме, без участия расчета! — производилась скоростная заправка компонентами ракетных топлив, подготовка системы управления и прицеливание. Примечательным была и система, которая обеспечивала связь второй ступени с землей: для этого на ракете прямо с завода устанавливалась одноразовая кабельная мачта, называвшаяся желобом бортовых коммуникаций.

Схема расположения объектов, входящих в подземную пусковую площадку для ракет Р-9 типа «Десна-В».

Рекомендуемые области применения основных марок быстрорежущих сталей

Примечание. Выделены предпочтительные марки стали.

*1 При работе на повышенных скоростях резания.

*2 Для инструментов простой формы.

Сравнительная характеристика

Литература

• Владимирская ракетная стратегическая: краткая хроника основных событий истории ракетной армии / Сост. И. В. Вершков и др., под ред.: В. Г. Гагарина. — Владимир: Аркаим, 2006. — 480 с. — 2000 экз. — ISBN 5-93767-023-X.
• Носов В. Т. Стратеги. Командующие ракетными армиями, командиры ракетных корпусов. — ЦИПК РВСН, 2008. — 276 с.
• Сухина Г. А., Ивкин В. И., Дюрягин М. Г. Ракетный щит Отечества / Под общ. ред. В. Н. Яковлева. — М.: ЦИПК РВСН, 1999. — 254 с.
• Северный космодром России / Под общей ред. А. А. Башлакова. — Мирный: космодром «Плесецк», 2007. — Т. 1. — 568 с.
• Стратегические ракетные комплексы наземного базирования. — М.: «Военный Парад», 2007. — 248 с. — 2000 экз. — ISBN 5-902975-12-3.
• Советская космическая инициатива в государственных документах (1946-1964 гг.) / под ред.: Ю. М. Батурина. — М.: РТСофт, 2008. — 417 с. — 2000 экз. — ISBN 978-5-9900271-9-0.
• Бондаренко А. Непростая судьба невезучей «девятки» (рус.) // Авиация и космонавтика. — 1999. — № 1. — С. 28.

Сравнительная характеристика

Сталь Р6М5 характеристики

Основные свойства металла подобной марки – это: повышенная вязкость, хороший уровень сопротивления износу, приемлемая степень шлифуемости. Также следует учитывать факт, что подобная сталь обладает повышенной склонностью к обезуглероживанию. Как результат, металл этой марки применяется при производстве практически всех видов режущего инструмента, используемого под обработку углеродистых легированных конструкционных сталей. В частности металл Р6М5 востребован для дробеструйной обработки. Он используется при изготовлении резьбонарезного инструмента или оснастки, работающей с ударными нагрузками.

В химический состав стали Р6М5 входят, кроме вышеперечисленных углерода и молибдена, такие элементы:

кобальт;

хром;

медь;

марганец;

никель;

фосфор;

сера;

кремний;

ванадий;

вольфрам.

Сталь вольфрамово-молибденовой серии, таково альтернативное наименование марки быстрорежущего металла Р6М5, способна сохранять присущие ей свойства при высоких температурах. Как пример, можно привести тот факт, что после термообработки твердость металла остается такой же, как у Р18. Более того, его прочность на изгиб достигает 4700 МПа. Превышает сталь Р6М5 марку Р18 и по таким характеристикам, как ударная вязкость или термопластичность. При этом в количественном отношении превосходство составляет 50%.

сталь р18

Перечисленные свойства стали этой марки обусловили ее промышленное применение, как металла, используемого для резки в условиях повышенных температур. Еще одна отличительная особенность стали Р6М5 – этот металл прекрасно держит заточку. В частности предпочтительнее использовать для этих целей быстрорез, чем нержавейку. К тому же сталь Р6М5 прекрасно справляется с ударными нагрузками, что делает ее востребованной в производстве сверл, развертки и кранов.

Сверла р6м5

Механические свойства

Особенности термической обработки

Результатом высокотемпературной обработки быстрорежущих сталей становится изменение структуры материала для получения определенных физико-механических свойств, требуемых при работе с данным инструментом.

Отжиг

HSS-сталь после процесса прокатки и ковки приобретает повышенную твердость и внутреннее напряжение. В связи с этим заготовки предварительно подвергаются отжигу. Отжиг снимает внутреннее напряжение материала, улучшает обрабатываемость и подготавливает ее для закалки.

Процесс отжига происходит при температуре около 850-900оС. Тем не менее следует опасаться излишнего повышения температуры и длительности выдержки, потому что сталь при этом может получить повышенную твердость. В связи с пониженной теплопроводностью сплава нагрев осуществляется медленно и равномерно.

Изделия загружают в печь при температуре 200-300оС, при этом увеличивают последующий нагрев со скоростью 150-200о/час. Процесс оканчивается медленным охлаждением: сначала в печи до 650оС, а затем до комнатной температуры на открытом воздухе.

Машиностроительные заводы небольшое количество заготовок подвергают изотермическому отжигу. Их нагревают до 880-900оС короткое время, а затем переносят в печь с температурой не выше 720-730оС на 2-3 часа. Для защиты от появления излишних внутренних напряжений заготовки охлаждают в печи до 400-450оС, а затем оставляют на открытом воздухе.

Обычный отжиг длится дольше, чем изотермический процесс. В последующем заготовки проходят механическую обработку, а затем инструмент подвергается окончательному процессу термической обработки — закалке и отпуску.

Закалка

Инструменты, выполненные из быстрорежущей стали, подвергаются закаливанию при температурах свыше 1300оС. После процесса закалки происходит многократный отпуск при 550-560оС. Такая температура необходима для растворения в аустените большого количества карбидов для получения высоколегированного аустенита.

При дальнейшем охлаждении получается высоколегированный мартенсит, который содержит большое количество вольфрама, ванадия и хрома. Мартенсит не распадается во время нагрева до 600оС, что придает быстрорежущей стали красностойкость.

Для получения высоких показателей красностойкости температура во время закалки должна быть очень высокой. Однако есть предел, при повышении которого в быстрорежущей стали начинается быстрый рост зерна и происходит оплавление.

Отпуск

Закаленная быстрорежущая сталь в обязательном порядке проходит процесс отпуска. При температуре 550-560оС проводится многократный процесс с промежутками по 1 часу. Цель отпуска заключается в превращении аустенита в мартенсит. Быстрорежущая сталь проходит два внутренних процесса:

1. При нагревании и последующем отпуске из остаточного аустенита выделяется измельченный карбид. Вследствие чего легирование аустенита понижается, что способствует легкому превращению в мартенсит.
2. Во время охлаждения при 100-200оС получается мартенсит. При этом также снимается внутреннее напряжение, возникшее при закалке.

В наше время чаще всего на заводах применяют процесс ускоренного отпуска стали, который проходит при повышенных температурах.

Изготовление и обработка быстрорежущих сталей

Быстрорежущие стали изготавливают как классическим способом (разливка стали в слитки, прокатка и проковка), так и методами порошковой металлургии (распыление струи жидкой стали азотом). Качество быстрорежущей стали в значительной степени определяется степенью её прокованности. При недостаточной проковке изготовленной классическим способом стали наблюдается карбидная ликвация.

При изготовлении быстрорежущих сталей распространенной ошибкой является подход к ней как к «самозакаливающейся стали». То есть достаточно нагреть сталь и охладить на воздухе, и можно получить твердый износостойкий материал. Такой подход абсолютно не учитывает особенности высоколегированных инструментальных сталей.

Перед закалкой быстрорежущие стали необходимо подвергнуть отжигу. В плохо отожженных сталях наблюдается особый вид брака: нафталиновый излом, когда при нормальной твердости стали она обладает повышенной хрупкостью.

Грамотный выбор температуры закалки обеспечивает максимальную растворимость легирующих добавок в α-железе, но не приводит к росту зерна.

После закалки в стали остается 25—30 % остаточного аустенита. Помимо снижения твердости инструмента, остаточный аустенит приводит к снижению теплопроводности стали, что для условий работы с интенсивным нагревом режущей кромки является крайне нежелательным. Снижения количества остаточного аустенита добиваются двумя путями: обработкой стали холодом или многократным отпуском. При обработке стали холодом её охлаждают до −80…−70 °C, затем проводят отпуск. При многократном отпуске цикл «нагрев — выдержка — охлаждение» проводят по 2—3 раза. В обоих случаях добиваются существенного снижения количества остаточного аустенита, однако полностью избавиться от него не получается.

Принципы легирования быстрорежущих сталей

Высокая твердость мартенсита объясняется растворением углерода в α-железе. Известно, что при отпуске из мартенсита в углеродистой стали выделяются мельчайшие частицы карбида. Пока выделившиеся карбиды ещё находятся в мельчайшем дисперсном рассеянии (то есть на первой стадии выделения при отпуске до 200 °C), твердость заметно не снижается. Но если температуру отпуска поднять выше 200 °C, происходит рост карбидных выделений, и твердость падает.

Чтобы сталь устойчиво сохраняла твердость при нагреве, нужно её легировать такими элементами, которые затрудняли бы процесс коагуляции карбидов. Если ввести в сталь какой-нибудь карбидообразующий элемент в таком количестве, что он образует специальный карбид, то красностойкость скачкообразно возрастает. Это обусловлено тем, что специальный карбид выделяется из мартенсита и коагулирует при более высоких температурах, чем карбид железа, так как для этого требуется не только диффузия углерода, но и диффузия легирующих элементов. Практически заметная коагуляция специальных карбидов хрома, вольфрама, молибдена, ванадия происходит при температурах выше 500 °C.

Красностойкость создается легированием стали карбидообразующими элементами (вольфрамом, молибденом, хромом, ванадием) в таком количестве, при котором они связывают почти весь углерод в специальные карбиды, и эти карбиды переходят в раствор при закалке. Несмотря на сильное различие в общем химическом составе, состав твердого раствора очень близок во всех сталях, атомная сумма W+Mo+V, определяющая красностойкость, равна примерно 4 % (атомн.), отсюда красностойкости и режущие свойства у разных марок быстрорежущих сталей близки. Быстрорежущая сталь, содержащая кобальт, превосходит по режущим свойствам остальные стали (он повышает красностойкость), но кобальт очень дорогой элемент.

Другие сплавы из категории Сталь инструментальная быстрорежущая