В настоящее время для изготовления инструментов различного назначения применяется большое количество материалов различных по составу, структуре, свойствам, особенностям обработки и применению. К этим материалам относятся стали, твердые сплавы, минералокерамика, сверхтвердые материалы и алмазы. Среди этого разнообразия значительную роль играют инструментальные стали, подразделяющиеся на штамповые стали, стали для режущего и измерительного инструментов.
Большую группу сталей занимают инструментальные стали, которые в результате термической обработки получают высокую твердость, износостойкость и прочность, необходимые для обработки материалов резанием или давлением. Так же многие инструментальные стали обладают теплостойкостью, важнейшим свойством быстрорежущих и штамповых сталей [1].
Для того чтобы сохранялись заданные свойства длительное время на рабочей поверхности инструмента, нужно использовать специальные сплавы и стали. На сегодняшний день наиболее широкое применение для изготовления режущего инструмента различных типоразмеров и номенклатуры находят инструментальные стали и твердые сплавы.
Многие виды инструментов работают в условиях большого трения и повышенных температур при больших скоростях. Вследствие чего раабочая кромка инструмента нагревается до высоких температур. Поэтому одной из основных характеристик, которым должен обладать инструментальный материал - теплостойкость. При этом рабочая поверхность должна сохранять свои свойства, обладать высокой износостойкостью и твердостью [2].
Теплостойкие стали высокой твердости, называемые быстрорежущими, являются наиболее характерными сталями, используемые для режущих инструментов. Они сочетают теплостойкость (600-700 °C) с высокой твердостью (62-66 HRC) и повышенным сопротивлением пластической деформации. С помощью быстрорежущих сталей стало возможным увеличить скорость резания в 2-4 раза и повысить стойкость инструментов в 10-40 и более раз по сравнению с получаемыми для инструментов нетеплостойких сталей. Эти преимущества быстрорежущих сталей проявляются при резании: с повышенной скоростью.
Быстрорежущие стали по структурному признаку являются ледебуритными. Структура их сильно зависит от условий получения и дальнейшей обработки. Одним из важнейших факторов формирования структуры стали является процесс кристаллизации. Под кристаллизацией понимается переход металла из жидкого состояния в твёрдое (кристаллическое).
Поскольку преимущественно быстрорежущие стали являются ледебуритными, то в процессе кристаллизации в них образуется определенное количество ледебурита, предсталяющего смесь карбидов и аустенита. Морфология ледебурита определяется химическим составом стали. Наиболее типичными видами являются скелетообразный и веерообразный.
По границам зерен в литой и малодеформированной стали могут присутствовать участки эвтектики (ледебурита). В значительно деформированной стали эвтектика отсутствует, и принадлежность к ледебуритному классу определяется присутствием карбидов эвтектического происхождения, которые не растворились до достижения температур начала плавления [3].
Сравнив порошковый и деформированные образцы с литым можно сделать такие выводы:
• В кокильных отливках, благодаря наличию благоприятного температурного градиента, практически по всей высоте, формируется плотная дендритная структура. Вместо закрытой усадочной раковины в отливках образуется усадочная впадина с пологими краями.
• Медленное охлаждение стали Р6М5 при кристаллизации и остывании, вызывает формирование грубого дендритного строения, развитую ликвацию и выделение крупной карбидной эвтектики по границам кристаллов у отливок диаметром 50 мм и 100 мм.
• Повышение скорости охлаждения способствует измельчению дендритной структуры, что увеличивает сопротивления металла разрушению, возрастает эффект упрочнения и повышение значений ударной вязкости, что характерно для отливок диаметром 15 мм.
• Механические свойства, формирующиеся в результате ускоренного охлаждения слитков ЭКЛ, становятся более равномерными от центра к периферии, что позволяет назначать для отливки диаметром 15 мм отпуск сразу же после остывания, исключая отжиг и закалку.
• Отжиг отливок большего диаметра приводит к снижению твёрдости до значений 255 НВ, но микроструктура стали сохраняет неоднородное строение, формирующееся в процессе кристаллизации.
