Інструментальні сталі

Інструментальні сталі поділяють на чотири типи:

- пониженої прогартовуваності (переважно вуглецеві);

- підвищеної прогартовуваності (леговані);

- штампові;

- швидкорізальні.

До особливої групи інструментальних матеріалів належать тверді сплави.

Леговані інструментальні сталі. До цієї групи належать сталі, які містять 1...3 % легуючих елементів і мають підвищену прогартовуваність (наприклад, 9ХС, ХВГ, ХВ5). Інструменти з цих сталей загартовують у маслі. Після гартування проводять низьке відпускання. Твердість після такої обробки – НRС 65...62 (в залежності від температури відпускання). Сталі цієї групи використовують для інструментів, які нагріваються у процесі роботи до температур не вище 200…250 °С.

Швидкорізальні сталі. На відміну від інших інструментальних сталей, швидкорізальні сталі мають високу теплостійкість (червоностійкість), тобто здатність зберігати мартенситну структуру при підвищених температурах (до 600…650 °С). Основними легуючими елементами швидкорізальних сталей, які забезпечують їх теплостійкість, є W i Mо. Підвищує теплостійкість (до 645…650 °С) і твердість після термічної обробки (НRC 67…70) Со, уменшій мірі - V. Ванадій, утворюючи дуже твердий карбід VC, підвищує стійкість інструменту до зношення, але погіршує здатність до шліфування.

До найрозповсюдженіших швидкорізальних сталей належать марки Р18, Р9, Р6М5. Ці сталі рекомендуються для всіх видів інструментів при обробці вуглецевих і легованих сталей. Для обробки високоміцних, нержавіючих, жароміцних сталей і сплавів застосовують сталі, які містять кобальт:Р18К5Ф2, Р9М4К8, Р9К5тощо.

Швидкорізальні сталі відносяться до ледебуритного класу. Їх фазовий склад у відпаленому стані представляє собою легований ферит і карбіди. Кількість карбідної фази в сталі Р18 досягає 25…30 %, а в сталі Р6М5 – 22 %. У структурі литої швидкорізальної сталі є складна евтектика, яка розміщується по границях зерен.

Для надання швидкорізальній сталі високої твердості і теплостійкості її піддають гартуванню і багатократному відпусканню.

Температура гартування сталі Р18 становить 1270 °С, а Р6М5 – 1220 °С. Такі високі температури необхідні для більш повного розчинення карбідів в аустеніті і отримання після гартування більш стійкого мартенситу. Структура швидкорізальної сталі після гартування складається з високолегованого мартенситу, що містить 0,3…0,4 % С, надлишкових карбідів і залишкового аустеніту, кількість якого становить 25…30 % у сталі Р18 і 28..34 % - у сталі Р6М5. Залишковий аустеніт знижує твердість і різальні властивості сталі. Для усунення залишкового аустеніту інструмент піддають триразовому відпусканню при 550…570°С з витримкою при цій температурі 45…60 хв. Вміст аустеніту зменшується до 2 %, а твердість підвищується з HRC 62 до HRC 64. Інколи для зменшення вмісту залишкового аустеніту безпосередньо після гартування інструмент охолоджують до -80 °С, після чого проводять одно- або двократне відпускання при 550…570 °С.

Штампові сталі застосовують для виготовлення штампів холодного та гарячого деформування, пуансонів, матриць, фільєр, прес-форм для лиття під тиском.

Сталі для штампів холодного деформування повинні мати високу твердість та стійкість до зношення, високу в’язкість, а сталі для штампів гарячого деформування - додатково повинні мати високу теплостійкість, термостійкість і теплопровідність. Для штампів холодного деформування застосовують сталі Х6ВФ, Х12, Х12М, Х12Ф1 тощо, а для штампів гарячого деформування - 7Х3, 5ХНМ, 4ХМФС, 3Х2В8Ф тощо. Сталі для штампів холодного деформування піддають гартуванню і відпусканню на твердість в межах HRC 58…63 (в залежності від призначення). Сталі для штампів гарячого деформування піддають гартуванню і відпусканню на твердість в межах HRC 38…50.

Інструментальні тверді сплави одержують методом порошкової металургії. Вони складаються з карбідів таких тугоплавких металів, як вольфрам, титан і тантал (WC, TiC, TaC), які зв’язуються кобальтом. У промисловості застосовують тверді сплави трьох груп:

- вольфрамові, які складаються з карбіду вольфраму (WC) і кобальту (ВК3, ВК6, ВК8, ВК10);

- титановольфрамові, до складу яких входять карбіди вольфраму і титану (WC, TiC) ікобальту (Т30К4, Т15К6, Т14К8 тощо);

- титанотанталовольфрамові, до складу яких входять карбіди вольфраму, титану і танталу (WC, TiC, ТаС) ікобальту(ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9 тощо).

Літери, які стоять на початку марки, позначають групу: В - вольфрамова, Т - титановольфрамова, ТТ – титанотанталовольфрамова. Літера К позначає кобальт, а число за цією літерою - вміст кобальту в цілих відсотках. Число, яке стоїть за літерою Т, вказує на вміст карбіду титану в цілих відсотках, а за двома літерами ТТ - на сумарний вміст карбідів титану і танталу в цілих відсотках.

Структура твердих сплавів - це частинки карбідів, навколо яких розташовано кобальт. При високому вмісті ТіС (Т30К4) структура сплаву складається із твердого розчину карбіду вольфраму в карбіді титану і кобальту, тому що карбід вольфраму повністю розчиняється у карбіді титану. Зі збільшенням вмісту кобальту у сплаві стійкість до зношення знижується, а експлуатаційна міцність підвищується.

Характерною особливістю твердих сплавів є їх висока червоностійкість, яка досягає 800…1000 °С, і твердість - HRA 87…92, а недоліками - підвищена крихкість і мала міцність на розтяг.

Дата добавления: 2014-11-29