Инструментальные стали

Инструментальными сталями называют углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью (HRC 60-65), прочностью и износостойкостью и применяемые для изготовления различного инструмента.

Одной из главных характеристик инструментальных сталей является теплостойкость, т.е. устойчивость против отпуска при нагреве инструмента в процессе работы. Все инструментальные стали подразделяют на три группы: не обладающие теплостойкостью (углеродистые и легированные стали, содержащие до 3-5% Cr), полутеплостойкие (содержащие свыше 0,6-0,7% С и 3-18% Cr) и теплостойкие (высоколегированные стали, содержащие Cr, W, Mo, V, Co), получившие название быстрорежущих.

Другой важной характеристикой инструментальных сталей является прокаливаемость. Высоколегированные теплостойкие и полутеплостойкие стали обладают высокой прокаливаемостью. Инструментальные стали, не обладающие теплостойкостью, делят на стали небольшой прокаливаемости (углеродистые) и повышенной прокаливаемости (легированные).

Маркировка инструментальных сталей. Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У (углеродистые); следующая за ней цифра (У7, У8, У10 и т.д.) показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква А в конце (У10А) указывает, что сталь высококачественная. Легированные инструментальные стали Х, 9Х, 9ХС, 6ХВГ и т.д. маркируют цифрой, показывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание < 1%. Если содержание углерода ~ 1% и больше, то цифра чаще отсутствует. Буквы означают легирующие элементы, а следующие за ними цифры – содержание (в целых процентах) соответствующего легирующего элемента.

Быстрорежущие стали маркируют буквой Р. Следующая за ней цифра указывает среднее содержание главного легирующего элемента быстрорежущей стали – вольфрама (в процентах). Среднее содержание остальных легирующих элементов, кроме хрома, обозначают цифрой после соответствующей буквы. Среднее содержание хрома в большинстве быстрорежущих сталей составляет 4% и поэтому в обозначении марки стали не указывается.

Стали для режущего инструмента

Стали для режущего инструмента после закалки и низкого отпуска должны иметь высокую твердость по режущей кромке (HRC 60-65); высокую износостойкость; достаточную прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы; теплостойкость, когда резание выполняется с повышенной скоростью.

Углеродистые стали небольшой прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью. Углеродистые инструментальные стали У7 (У7А), У8 (У8А), У8ГА, У9 (У9А), У10 (У10А), У12 (У12А) имеют небольшую прокаливаемость, поэтому их применяют для инструментов небольших размеров, применяемых для резания материалов с низкой твердостью и с малой скоростью, т.к. их твердость сильно снижается при нагреве выше 190-200^оС. Для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла и др.) применяют заэвтектоидные стали (У10, У12 и др.). Деревообрабатывающий инструмент - зубила, кернеры, топоры и т.п. - изготовляют из сталей У7 и У8.

Легированные стали повышенной прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью. Стали содержат 1-3% легирующих элементов и поэтому обладают повышенной прокаливаемостью. Легированные стали применяют для изготовления режущего инструмента большого сечения для обработки материалов с небольшой скоростью, при нагреве во время работы не свыше 250⁰С.

Из сталей марок Х, 9ХС и др. изготавливают ручные сверла, метчики, развертки и др. Стали, легированные марганцем ХГ, ХВГ, применяют для изготовления длинномерного инструмента (протяжки, длинные развертки и т.д.), т.к. присутствие марганца способствует увеличению количества остаточного аустенита, что уменьшает деформацию инструмента при закалке. Стали, легированные вольфрамом, марок В2Ф, ХВ4 имеют после закалки и низкого отпуска очень высокую твердость (HRC 67-70) и их применяют для обработки твердых материалов.

Быстрорежущие стали обладают высокой теплостойкостью (до 600-620 ⁰С), которая достигается легированием карбидообразующими элементами (W, Mo, Cr, V) в таком количестве, при котором они весь углерод связывают в специальные карбиды и эти карбиды переходят в раствор при закалке. Быстрорежущие стали предназначены для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания; фактически скорость резания в 2-4 раза выше, а стойкость инструмента в 10-30 раз выше по сравнению со сталями, не обладающими теплостойкостью.

Для придания стали высокой теплостойкости их подвергают закалке и трехкратному отпуску. Температуры закалки высокие (1230-1280^оС), с целью более полного растворения легирующих элементов в аустените, из которого в процессе закалки образуется легированный мартенсит, обладающий большой теплостойкостью. В структуре закаленной стали присутствует также около 30% остаточного аустенита, который ухудшает режущие свойства. Для превращения остаточного аустенита в мартенсит (и повышения твердости) сталь после закалки подвергают трехкратному отпуску (550-570^оС) или обработке холодом (-70^оС) и однократному отпуску.

Твердость сталей после такой термической обработки HRC63-65. Наиболее известные марки Р18, Р12, Р6М5, Р9К10, Р12Ф3, Р6М5К5 и др.

Дата добавления: 2014-01-07