Углеродистые и легированные стали для режущего инструмента, не обладающие теплостойкостью

Стали для режущих инструментов после закалки и низкого отпуска должны иметь высокую твердость в режущей кромке {HRC 60 – 65), значительно превышающую твердость обраба тываемого материала; высокую износостойкость, (необходимую для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании; достаточную прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и теплостойкость, когда резание выполняется с повышенной скоростью.

Углеродистые стали небольшой прокаливаемости и не обладающие теплостойкостью. Углеродистые инструментальные стали марок У8 (У8А), У10 (У10А), У11 (УНА), У12 (У12А) и У13 (У13А) вследствие малой устойчивости переохлажденного аустенита имеют небольшую прокаливаемость. Полная прокаливаемость при охлаждении в воде достигается только в инструментах толщиной или диаметром не более 10 – 12мм. Поэтому стали У7, У8, У10, У11, У12 и У13, применяют для инструментов небольших размеров или для более крупных инструментов (диаметром 15 – 30 мм), которые даже при закалке в воде не прокаливаются полностью и у которых режущая часть приходится на поверхностный слой (напильники, зенкеры, короткие развертки и т. д.).

В тех случаях, когда инструмент в работе испытывает динамические нагрузки (деревообрабатывающий инструмент, зубила, кернеры, бородки, отвертки, топоры и т. д.), рекомендуется использовать доэвтектоидную (У7) и звтектоидную (У8) стали, имеющие после термической обработки троститную структуру.

Для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла спиральные, пилы, шаберы, ножовки ручные, напильники, бритвы, острый хирургический инструмент и т. д.) обычно применяют заэвтектоидные стали (У10, У11, У12 и У13), у которых после термической обработки структура – мартенсит и карбиды.

Достоинством углеродистых сталей являются дешевизна, невысокая твердость и хорошая обрабатываемость резанием и давлением в отожженном состоянии. Углеродистые стали имеют определенные недостатки: малая прокаливаемость, небольшой интервал закалочных температур и необходимость закалки с охлаждением в воде или водных растворах щелочей (солей), что усиливает деформацию и коробление инструмента и вызывает даже образование трещин. Поэтому инструменты сложной формы с резкими переходами и большим отношением длины к диаметру не выполняют из углеродистой стали.

Углеродистые стали в исходном (отожженном) состоянии имеют структуру зернистого перлита и низкую твердость (НВ 170 – 180). Температура закалки углеродистых инструментальных сталей У8 – У12 должна быть 780 – 810°С, т. е. выше Ас₁ на 50 – 70°С, но ниже А_ст для того, чтобы в результате закалки сталь получала мартенситную структуру и сохраняла мелкое зерно и нерастворенные частицы вторичного цементита. Закалку проводят в воде или водных растворах солей. Мелкий инструмент из сталей У10 – У12 для уменьшения деформации охлаждают в горячих средах (ступенчатая закалка).

Для снятия напряжений и улучшения механических свойств инструмент подвергают отпуску при 150 – 170°С для сохранения высокой твердости (HRC 62 – 63).

Доэвтектоидную сталь У7 закаливают с нагревом выше точки Ас₃ (на 30 – 50°С) и подвергают отпуску при 275 – 325°С (HRC 48 – 58) или других видов инструмента при 400 – 500°С (HRC 44 – 48). Продолжительность отпуска 60 – 90 мин.

Углеродистые стали можно использовать в качестве режущего инструмента только для резания материалов с низкой твердостью и с малой скоростью, так как их высокая твердость сильно снижается при нагреве выше 190 – 200°С.

Легированные стали повышенной прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью. Легированные инструментальные стали (табл. 1), подобно углеродистым, не обладают теплостойкостью и пригодны только также для резания относительно мягких материалов и с небольшой скоростью. Их используют для инструмента, не подвергаемого в работе нагреву >200 – 250°С. Однако легированные стали по сравнению с углеродистыми обладают большей устойчивостью переохлажденного аустенита (см. рис. 1, а и б), а следовательно, большей прокаливаемостью. Инструменты из этих сталей можно охладить при закалке в масле и в горячих средах (ступенчатая закалка), что уменьшает деформацию и коробление инструмента. Критический диаметр при закалке в масле достигает 40 – 80 мм. Низколегированные стали 11Х и 13Х рекомендованы для инструментов диаметром до 15мм, закаливаемых в масле или горячих средах для уменьшения деформации по сравнению с получаемой в углеродистых сталях, закаливаемых в воде. Из этих сталей изготовляют метчики ручные, напильники (11Х), бритвенные ножи и лезвия, хирургический инструмент, гравировальный инструмент (13Х). Особенно рекомендуется использовать эти стали для подобных инструментов, но большой длины.

Стали высокой прокаливаемости 9ХС и ХВСГ имеют повышенную теплостойкость (250 – 260°С), хорошие режущие свойства и сравнительно мало деформируются при закалке. Их применяют для

Таблица 1

Химический состав и термическая обработка некоторых легированных инструментальных сталей (ГОСТ 5950—73)

Марка стали	Химический состав, %	другие элементы	Температура, °С	Твердость HRC
С	Мn	Si	С r	закалки	отпуска
11ХФ (11Х)	1,05 – 1,15	0,4 – 0,7	0,15 – 0,35	0,40 – 0,70	0,15 – 0,30 V	830 – 860	140 – 160	62 – 65
13Х	1,25 – 1,4	0,3 – 0,6	0,15 – 0,35	0,40 – 0,70	–	780 – 800	100 – 120	65 – 67
ХВСГ*	0,95 – 1,05	0,6 – 0,9	0,65 – 1,0	0,60 – 1,1	0,7 – 1,1 W	840 – 860	140 – 160	62 – 64
9ХС	0,85 – 0,95	. 0,3 – 0,6	1,2 – 1,6	0,95 – 1,25	–	860 – 880	140 – 160	62 – 65
ХВГ	0,9 – 1,05	0,8 – 1,1	0,15 – 0,35	0,9 – 1,2	1,2 – 1,6 W	820 – 840	140 – 160	62 – 65

*0,05 – 0,15% V.

Рис. 1. Диаграммы изотермического распада аустенита в инстру-

ментальных сталях: а – ХГ; б – ХВГ; в – 5ХНМ;

г – Х12М; д – Р12; е – Р18

инструмента большого сечения при закалке в масле или горячих средах (ручные сверла, развертки, плашки и гребенки): Однако сталь 9ХС склонна к обезуглероживанию при нагреве, в отожженном состоянии имеет повышенную твердость (НВ 217 – 247), что ухудшает ее обработку резанием и давлением.

Сталь ХВГ предназначена для инструмента крупного сечения, например, протяжек, работающих с малыми скоростями резания и при обработке металлов с низкой твердостью. Сталь обладает высокой твердостью (HRC 62 – 65), удовлетворительной вязкостью и большой прокаливаемостью (до 75 – 80 мм). К недостаткам стали ХВГ следует отнести повышенную твердость в отожженном состоянии, увеличенное количество остаточного аустенита после закалки (15 – 18%), чувствительность к шлифовочным трещинам. Инструментальные стали изготовляют металлургической промышленностью в виде горяче- и холоднокатаных прутков с различной формой сечения, прутков с повышенной отделкой поверхности (шлифование) и точностью размеров (серебрянка), а также ленты.

Рассмотренные выше стали, не обладающие теплостойкостью, находят ограниченное применение для режущего инструмента.

Дата добавления: 2014-12-23