Инструментальные стали: углеродистые и легированные марки

Углеродистые инструментальные стали

Инструментальные стали: углеродистые и легированные марки

В машиностроении и других областях промышленности производственная деятельность заключается в выпуске заготовок и деталей, которые получаются путем механической обработки.

Современные материалы могут обладать весьма высокими показателями твердости и прочности, за счет чего усложняется их обработка.

Для того чтобы обеспечить быструю и качественную механическую обработку при изготовлении режущего инструмента или их кромки используются углеродистые инструментальные стали. Их особенность заключается в высокой стойкости к механическому воздействию.

Углеродистые инструментальные стали

Подобные металлы также могут использоваться при выпуске ответственных деталей, к которым предъявляются высокие требования в плане прочности и твердости.

  • Основные характеристики
  • Применение
  • Классификация
  • Маркировка

Основные характеристики

Рассматривая основные свойства инструментальной стали следует отметить нижеприведенные моменты:

  1. Низкая чувствительность к перегреву. При механической обработке снятие слоя материала с заготовки происходит за счет оказываемого требования. Нагрев металла приводит к изменению его основных качеств. Поэтому углеродистые инструментальные качественные стали не нагреваются даже при длительном трении с другими поверхностями.
  2. Низкая чувствительно к привариванию к обрабатываемым деталям. Из-за оказываемого давления при подаче инструмента на момент обработки заготовок зона трения может несущественно нагреваться, что становится причиной повышения пластичности некоторые материалов. Если инструментальная сталь будет привариваться при этом к поверхности возникнет дополнительное сопротивление и качество получаемой детали существенно снизиться.
  3. Для того чтобы упростить обработку металла его делают боле восприимчивой к обработке методом резки.
  4. Восприимчивость к прокаливанию также определяется особым химическим составом.
  5. Высокая пластичность в горячем состоянии позволяет получать заготовки метод плавления металла.
  6. Высокое сопротивление процессу обезуглероживания позволяет получить наилучший результат при проведении закалки или других процессом химико-термической обработки.
  7. Во время обработки может возникать ударная нагрузка, которая в большинстве случаев становится причиной образования трещин. Высококачественная углеродистая инструментальная сталь не имеет подобного недостатка.
  8. Износостойкость и высокая прочность, твердость поверхности.

Химический состав углеродистых инструментальных сталей

Химический состав инструментальных углеродистых сталей во многом определяют основные эксплуатационные качества металла.

Применение

Применение инструментальных углеродистых сталей во многом зависит от химического состава. Чаще всего применяется для получения:

  1. Режущего инструмента. На протяжении многих лет для изготовления инструментов использовали обычную сталь, которая в процессе работы могла нагреваться и быстро изнашиваться. На тот момент устанавливались станки токарной и сверлильной группы, которые могли проводить обработку только при низкой скорости и невысокой подачи. Появление современного оборудования, в частности станков с ЧПУ, привело к повышению требований, предъявляемых к инструменту. Только появление инструментальной стали и твердых сплавов позволило полностью раскрыть потенциал современного оборудования. Также не стоит забывать, что для получения качественных поверхностей должна существенно увеличиваться скорость подачи, повысить производительность можно при увеличении подачи. Современные режущие инструменты могут выдерживать неоднократные циклы нагрева и охлаждения, срок эксплуатации при этом увеличивается в несколько десятков раз.
  2. Высококачественных деталей. Примером можно назвать конструкцию ДВС, которая имеет поверхности с точными размерами и шероховатостью. Для того чтобы при эксплуатации подвижные элементы не меняли свою форму по причине нагрева их изготавливают из инструментальной стали.
  3. Приборов, применяемых для проведения точных измерений. Для получения небольших деталей с точностью линейных размеров в несколько сотен миллиметров заготовка не должна нагреваться или деформироваться за счет оказываемого давления со стороны режущего инструмента.
  4. Литейной прессформы, которая должна выдерживать существенное давление.

Применение углеродистых инструментальных сталей в зависимости от марки

Для изготовления деталей больше всего подходить марка У7 или У7А, для изготовления режущего и другого инструмента У10 или У12. Данная закономерность связана с тем, что для получения режущего инструмента должны использоваться более твердые металлы.

Маркировка углеродистых инструментальных сталей в данном случае указывает на процентное содержание углерода и наличие других примесей.

Свойства углеродистой инструментальной стали во многом определяются концентрацией углерода – чем больше, тем поверхность тверже, но повышается и хрупкость.

При холодном прессовании могут применяться марки У10 – У12. Проведенные тесты указывают на то, что их твердость составляет 57-59 HRC. Среди особенностей отметим:
  1. Достаточно высокую вязкость.
  2. Высокий уровень сопротивления деформациям пластического типа.
  3. Повышенная износостойкость.

Если габариты инструмента большие, то могут применяться сплавы, в состав которых включаются полезные примеси.

Принято разделять инструментальные качественные стали на 5 основных групп:

  1. Износостойкие, теплостойкие и высокотвердые – группа, представленная быстрорежущей легированной сталью. Кроме этого в данную группу относят сплавы с ледебуритной структурой, которая характеризуется повышенной концентрацией углерода (более 3%). Применение инструментальных углеродистых сталей данной группы заключается в изготовлении инструментов, которые могут подвергаться воздействию высокой температуры из-за установки высоких скоростей резания.
  2. Теплостойкие и вязкие стали представлены сплавом, который имеет в своем составе молибден, хром и вольфрам. Химический состав инструментальной углеродистой стали данной группы характеризуется низким значением концентрации углерода.
  3. Нетеплостойкие, вязкие и высокотвердые стали имеют небольшое количество примесей и среднее значение углерода. Данной группе характерен невысокий показатель прокаливаемости.
  4. Средняя теплостойкость, высокая твердость, износостойкость – качества, свойственные металлам с 2-3% углерода и 5-12% хрома.
  5. Низкая устойчивость к теплу и высокая твердость характерны сталям с заэвтектоидной структурой. В большинстве случае они не имеют легирующих элементов или их концентрация очень мала. Высокий уровень твердости обеспечивается за счет высокой концентрации углерода.

Высококачественная инструментальная сталь может подвергаться дополнительной химико-термической обработке для изменения состава и перестроения кристаллической решетки, за счет чего и достигаются необычные эксплуатационные качества.

Изделия из углеродистой инструментальной стали

Твердость считается основным параметром, высокое значение которого не позволяет использовать сталь при изготовлении инструментов или деталей, подвергающихся во время эксплуатации ударам или вибрации.

Эта рекомендация связана с тем, что при увеличении концентрации углерода повышается твердость, но вязкость уменьшается.

Уменьшение вязкости становится причиной повышения хрупкости структуры, в результате воздействия ударной нагрузки могут появляться трещины и другие дефекты, поверхность откалываться.

Классификация по уровню твердости выглядит следующим образом:

  1. Высокий показатель вязкости и пониженная твердость характерны металлам, которые в составе имеют не более 0,4-0,7% углерода.
  2. Высокая износостойкость и твердость поверхностного слоя достигаются при насыщении структуры металла углеродом до 0,7-1,5%.

Больший показатель концентрации углерода делает металл очень хрупким, что не позволяет его использовать в качестве материала при изготовлении инструмента.

Кроме этого легирующие элементы способны повысить вязкость и снизить хрупкость при условии большой концентрации углерода.

В некоторых случаях проводится химическая обработка для обеспечения износостойкой поверхности и вязкого основания, за счет чего инструмент или деталь приобретает высокие эксплуатационные качества.

Маркировка

Углеродистая инструментальная сталь марки могут иметь как цифры, так и буквенные обозначения. В большинстве случаев маркировка инструментальных углеродистых сталей в самом начале имеет букву «У», которая и указывает на тип металла. Обозначение углеродистой инструментальной стали также имеет следующие особенности:

  1. Первое цифирное обозначение после буквы указывает в десятых долях количество углерода в отношении всего состава.
  2. Встречается и буква «А», идущая за цифрой, обозначающей концентрацию углерода в составе. Она указывает на то, что углеродистая инструментальная сталь марка имеет высокое качество.
  3. Для обозначения группы рассматриваемой стали может применяться буква «Р». В данном случае после этого обозначения идет буква, которая указывает на концентрацию вольфрама.
  4. Другие легирующие вещества также указываются соответствующей буквой, после которой идет цифра для обозначения концентрации.
  5. Принято считать, что у стали и рассматриваемой группы в обязательном порядке в составе есть хром, но его концентрация не более 4%. Если после соответствующего буквенного обозначения указывается цифра, то концентрация этого вещества уточняется.

Также можно встретить маркировку инструментальных углеродистых сталей начинающуюся с цифры. Примером приведем распространенные сплавы 9Х или 6ХГВ. Первая цифра также указывает на концентрацию в составе углерода, следующие буквы на легирующие элементы.

Если после буквы легирующего элемента не указывается цифра, то принято считать, что их концентрация равна 1%. Кроме этого сама маркировка может начинаться с буквенных обозначений, свойственных легирующим элементам – это указывает на то, что концентрация.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Обзор углеродистых и низколегированных сталей

Инструментальные стали: углеродистые и легированные марки
sarmikСегодня мы рассмотрим как класс материалов углеродистые и низколегированные стали. Давайте сразу определимся, о чем идет речь. Многие называют углеродистыми все не коррозионно-стойкие стали, что в корне не верно.

В данной статье мы будем рассматривать только те стали, в которых основным легирующим элементом является углерод, а остальные лишь модифицируют некоторые свойства, не меняя принципов упрочнения (состав твердого раствора и фаз-упрочнителей).

Обычно это происходит при суммарном содержании легирующих элементов до 3-5%. Границы в каждом отдельном случае устанавливаются индивидуально, можно считать, что в большинстве случаев границей служит появление в структуре стали карбидов легирующих элементов.

Некоторые стали этой группы мы уже рассматривали (У8, ШХ15), теперь кратко рассмотрим основные особенности и наиболее типичных представителей.

Итак, начнем с углеродистых сталей. Углерод – практически единственный легирующий элемент (некоторые могут содержаться как примеси), некоторые стали могут быть легированы незначительными количествами марганца, кремния или кобальта.

Инструментальные углеродистые стали в соответствии с ГОСТ 1435–90 маркируют буквой «У» и числом, указывающим среднее содержание углерода в десятых долях процента.

Для изготовления инструмента применяют качественные стали марок У7–У13 и высококачественные стали марок У7А–У13А, химический состав которых приведен в табл. 1.

Таблица 1

Марки и химический состав инструментальных углеродистых сталей (ГОСТ 1435–90)

По механическим свойствам и назначению углеродистые стали подразделяются на:• стали повышенной вязкости (У7–У9) для изготовления инструмента с высокой режущей способностью, подвергающегося ударным нагрузкам (зубила, кернеры и т. д.

);• стали высокой твердости (У10–У13) для изготовления режущего инструмента, не подвергающегося ударным нагрузкам (напильники, шаберы и т. д.).

• Стали У15С и У16 в основном применяются (точнее применялись) для износостойких втулокК первой группе сталей вплотную примыкают и рессорно-пружинные стали типа 65Г и 70С2АТермическая обработка углеродистых инструментальных сталей состоит из двух этапов: предварительная и окончательная (предполагается, что изделия прошли стандартную ПТО).Предварительная термическая обработка применяется для уменьшения деформации (в 1,5–2 раза) деталей из углеродистых сталей при последующей закалке. Она заключается в предварительной закалке с 740–760 °С с охлаждением в масле (возможно, несколько раз) и последующем отпуске при 550-600 °С (1 ч). Окончательная термическая обработка состоит из закалки и низкого отпуска, режимы которых указаны в табл. 2.Таблица 2

Режимы термической обработки углеродистых инструментальных сталей

Примечание. Закалочная среда — вода, отпуск проводится на воздухе. При закалке в масле Тз повышают на 10-20 °С (неоптимально для клинков, так как приводит к заметному росту зерна и снижению мех. характеристик. Рекомендуется закалка “через воду в масло”).

Как мы видим, углеродистые стали имеют очень узкий интервал закалочных температур, поэтому необходимо максимально точно “попадать” в режим, что требует большого опыта и ответственного подхода к процессу.Время выдержки на 1 мм диаметра (толщины): 20–35с. при нагреве в соляной ванне и 50–80с. при нагреве в печи.

Углеродистые стали имеют высокую критическую скорость закалки — порядка 200–300 °С/с. Замедление охлаждения при закалке недопустимо, так как приводит к частичному распаду аустенита при температурах перлитного интервала и, как следствие, к появлению мягких пятен.

Поэтому только инструменты малого диаметра могут после закалки в воде (водном растворе) прокаливаться насквозь.Инструменты крупных размеров при закалке в воде и водных растворах солей, кислот и щелочей, охлаждающая способность которых выше, чем воды, закаливаются на мартенсит лишь в тонком поверхностном слое.

Структура же глубинных зон инструментов представляет собой продукты распада аустенита перлитом в интервале температур. Сердцевина инструментов, имеющих такую структуру, является менее хрупкой по сравнению с мартенситной структурой.

Поэтому инструменты, имеющие такую сердцевину, лучше переносят толчки и удары по сравнению с инструментами, закаленными насквозь на мартенсит. Для клинков может применяться зонная закалка, когда обух защищается специальными обмазками, снижающими скорость охлаждения.

В этих случаях можно получить твердый мартенсит на лезвийной части и достаточно вязкий и пластичный сорбит/троостит на теле и обухе клинка. Линия, разделяющая эти две области в японской традиции называется Хамон.

Углеродистые инструментальные стали отпускают при температурах не более 200 °С во избежание снижения твердости (для клинков возможен “зонный отпуск”, когда тело и обух клинка нагревают до более высокой температуры (обычно 400-500С), сохраняя на лезвийной части структуру низкоотпущенного мартенсита). Твердость окончательно термически обработанного инструмента из углеродистых сталей обычно лежит в интервале 57–63 HRC, а прочность при изгибе составляет 1800–2700 МПа.

Низколегированные стали. В этих сталях небольшие количества легирующих элементов обычно лишь влияют на прокаливаемость, незначительно изменяя другие свойства. Традиционно эти стали подразделяются на стали неглубокой и глубокой прокаливаемости.

В отдельную группу можно выделить стали для ударных инструментов. Химический состав данных сталей по ГОСТ 5950–73 приведен в табл. 3.Таблица 3

Марки и химический состав (масс. %) легированных инструментальных сталей (ГОСТ 5950–73)

Примечание. В обозначении марок первые цифры означают массовую долю углерода в десятых долях процента. Они могут не указываться, если массовая доля углерода близка к единице или больше единицы. Буквы означают:Г — марганец,Х — хром,В — вольфрам,С — кремний,Ф — ванадий,Н — никель,М — молибден.

Цифры, стоящие после букв означают среднюю массовою долю соответствующего легирующего элемента в целых единицах. Отсутствие цифр означает, что массовая доля этого легирующего элемента равна 1 %. В отдельных случаях массовая доля легирующих элементов не указывается, если она не превышает 1,8 %.

Стали неглубокой прокаливаемости

Стали неглубокой прокаливаемости по устойчивости переохлажденного аустенита незначительно превосходят стали группы У7–У13, но благодаря легированию хромом (0,2–0,7 %), ванадием (0,15–0,30 %) и вольфрамом имеют большую устойчивость к перегреву, более высокие износо- и теплостойкость (в поверхностном слое).Эти стали используются для изготовления инструментов, подвергаемых поверхностной (местной) закалке: пилы, зубила, штемпели, ножи для холодной и горячей резки, обрезные матрицы и пуансоны и т. п. Некоторые стали имеют специальное применение:- сталь 13Х предназначена главным образом для бритвенных ножей и лезвий, хирургического и гравировального инструмента;- сталь В2Ф предназначена для ленточных пил и ножовочных полотен для резки сталей средней твердости, по работоспособности превосходящая стали типа 9ХФ в 1,5–2 раза;- сталь ХВ4Ф отличается особо высокой твердостью (HRC 67–69) и износостойкостью благодаря присутствию W6C, который не растворяется при температуре закалки. Эту сталь называют алмазной и из неё изготовляют резцы и фрезы для обработки с небольшими скоростями материалов с высокой поверхностной твердостью (отбеленных чугунов и закаленных деталей).
Стали глубокой прокаливаемости

Стали глубокой прокаливаемости имеют более высокое содержание хрома (0,6–1,7 %, иногда до 3%), а также совместное присутствие в ряде марок сталей хрома, марганца и кремния (вольфрама).

Такое комплексное легирование при относительно небольших количествах каждого элемента существенно повышает прокаливаемость, повышает однородность распределения карбидов (кроме сталей типа ХВГ) и уменьшает чувствительность сталей к перегреву.

Из сталей 9ХС, ХГС, ХВГ, 9ХВГ и ХВГС изготовляют режущий (метчики, плашки, развертки, фрезы и т.д.), а также штамповый (пробойники, вырубные штампы и т. д.) инструмент более ответственного назначения, чем из углеродистых сталей.Отличительная особенность марганецсодержащих сталей (9Г2Ф, ХВГ и др.

) состоит в их малой деформируемости при закалке. Марганец, интенсивно снижая интервал мартенситного превращения, способствует сохранению остаточного аустенита (до 15–20 %), который компенсирует (частично или полностью) увеличение объема при образовании мартенсита.

Это качество сталей позволяет изготавливать из них инструмент, к которому предъявляют жесткие требования к размерной стабильности при термообработке. Термическая обработка: закалка + низкий отпуск проводится в соответствии с режимами, указанными в табл. 4.

Стали для ударных инструментов

Исходя из назначения эти стали должны обладать: повышенной вязкостью для предупреждения поломок и выкрашивания режущих кромок инструмента, работающего в условиях больших ударных нагрузок; высокими прокаливаемостью и закаливаемостью. Необходимый комплекс свойств сталей этой группы обеспечивается соответствующим легированием. Химический состав представлен в табл. 5.

Хромокремнистые стали (4ХС, 6ХС) прокаливаются в образцах диаметром до 50–60 мм при охлаждении в масле. Кроме того, стали, легированные кремнием, имеют повышенные устойчивость при отпуске и предел текучести. Недостатком этих сталей является хрупкость первого рода после отпуска при 270–400 °С на твердость 46–50 HRC.

Поэтому для получения удовлетворительной вязкости в этом случае необходимо применять изотермическую закалку.Хромовольфрамокремнистые стали 5ХВ2СФ, 6ХВ2С и другие, как более сложнолегированные, прокаливаются в больших сечениях (до 70–80 мм) при охлаждении в масле и хорошо принимают изотермическую закалку. Стали с вольфрамом менее чувствительны к отпускной хрупкости первого рода.

Легирование сталей вольфрамом также повышает устойчивость против разупрочнения при отпуске.По структурному признаку стали, содержащие 0,4–0,5 % С, являются доэвтектоидными, а с 0,6 % С — эвтектоидными и заэвтектоидными.

Структура доэвтектоидных сталей после отжига состоит из пластинчатого и, реже, зернистого перлита с небольшими участками феррита, заэвтектоидных — из зернистого перлита. Кроме того, в структуре последних наряду с цементитом присутствует карбид МС.

После закалки структура характеризуется наличием мартенсита и остаточного аустенита, а при повышенном содержании углерода — еще и избыточных карбидов. Отпуск обеспечивает образование троститной структуры. Режимы термической обработки сталей указаны в табл. 5.Таблица 4.

Режимы окончательной термической обработки и твердость низколегированных инструментальных сталей

Примечания: Для сталей ХВ4Ф (ХВ5) и В2Ф в качестве ПТО применяется длительный высокий отпуск после горячей деформации по спец. режиму. Отжиг и ТЦО могут привести к резкой потере прокаливаемости.Таблица 5.

Режимы окончательной термической обработки сталей для ударных инструментов

К сталям последней группы примыкают рессорно-пружиннные стали типа 50ХФА, 60ХВС2А и т.д.

А теперь несколько советов по выбору стали и ее термической обработки

1. Для использования в составе многослойных/дамасских пакетов лучше выбирать относительно низколегированные стали с хромом не выше 1% (большие количества резко ухудшают свариваемость). Стали с марганцем при травлении как правило дают более темный фон, стали с хромом и никелем – более светлый. При выборе сталей в пакет необходимо учитывать необходимость совпадения интервала закалочных температур с учетом возможного обезуглероживания.2. Для клинков в японской традиции надо выбирать стали с наименьшей прокаливаемостью – это позволит получить наиболее четкую линию “хамон”3. Для изделий, подвергаемых ударным нагрузкам (длинномер, тесаки, топоры) лучше выбирать относительно низкоуглеродистые стали и использовать зонные закалку/отпуск4. Зачастую гораздо более “простая” сталь типа ШХ15 может показать в изделии лучший комплекс свойств чем, например, очень требовательная к режимам горячей деформации и ТО “Алмазная” сталь типа ХВ4Ф.5. Для покупателей: в случае “углеродистых” сталей на первое место выходит доверие к Мастеру, поскольку только это в некоторой степени является гарантией опыта, точного соблюдения технологии и, следовательно, высоких свойств конечного изделия.

* При подготовке материала использован справочник “Металлы и сплавы”, СПб, 2003г.

sarmik

Сегодня привычные виды платежей – это безналичный расчет и оплата картами.

Уважаемые покупатели!

Теперь, при совершении покупок в нашем офисе или при курьерской доставке, вы сможете расплачиваться банковской картой!Оплата производится с помощью карт-ридера “2can”.

Это электронное устройство считывает реквизиты с вашей карты при оплате товаров. Карт-ридер подключается к смартфону с системой Андроид или IOS, который превращает его в мобильный терминал оплаты.

Такая система позволит вам быстро и удобно оплатить свою покупку в нашем магазине.

2.2 Инструментальные стали

Инструментальные стали: углеродистые и легированные марки

Длярежущих инструментов применяютбыстрорежущие стали, а также, в небольшихколичествах, заэвтектоидные углеродистыестали с содержанием углерода 0,7-1,3%и суммарнымсодержанием легирующих элементов(кремния, марганца, хрома и вольфрама)от 1,0 до 3,0%.

2.2.1Углеродистые и легированные инструментальные стали

Ранеедругих материалов для изготовлениярежущих инструментов начали применятьуглеродистыеинструментальные сталимарок У7, У7А…У13, У13А.

Помимо железа иуглерода, эти стали содержат 0,2…0,4%марганца.

Инструменты из углеродистыхсталей обладают достаточной твердостьюпри комнатной температуре, но теплостойкостьих невелика, так как при сравнительноневысоких температурах (200…250С)их твердость резко уменьшается.

Легированныеинструментальные стали,по своему химическому составу, отличаютсяот углеродистых повышенным содержаниемкремния или марганца, или наличиемодного либо нескольких легирующихэлементов: хрома, никеля, вольфрама,ванадия, кобальта, молибдена.

Для режущихинструментов используются низколегированныестали марок 9ХФ, 11ХФ, 13Х, В2Ф, ХВ4, ХВСГ,ХВГ, 9ХС и др.

Эти стали обладают болеевысокими технологическими свойствами– лучшей закаливаемостью и прокаливаемостью,меньшей склонности к короблению, нотеплостойкость их равна 350…400Си поэтому они используются для изготовленияручных инструментов (разверток) илиинструментов, предназначенных дляобработки на станках с низкими скоростямирезания (мелкие сверла, метчики).

Следует отметить,что за последние 15-20 лет существенныхизменений этих марок не произошло,однако наблюдается устойчивая тенденцияснижения их доли в общем объемеиспользуемых инструментальных материалов.

2.2.2 Быстрорежущие стали

В настоящее времябыстрорежущие стали являются основнымматериалом для изготовления режущегоинструмента, несмотря на то, что инструментиз твердого сплава, керамики и СТМобеспечивает более высокую производительностьобработки.

Широкоеиспользование быстрорежущих сталейдля изготовления сложнопрофильныхинструментов определяется сочетаниемвысоких значений твердости (до HRC68)и теплостойкости (600-650С)при высоком уровне хрупкой прочностии вязкости, значительно превышающихсоответствующие значения для твердыхсплавов. Кроме того, быстрорежущие сталиобладают достаточно высокойтехнологичностью, так как хорошообрабатываются давлением и резанием вотожженном состоянии.

В обозначениибыстрорежущей стали буква Р означает,что сталь быстрорежущая, а следующаяза буквой цифра – содержание среднеймассовой доли вольфрама в %. Следующиебуквы обозначают: М – молибден, Ф –ванадий, К – кобальт, А – азот. Цифры,следующие за буквами, означают их среднююмассовую долю в %. массовойдоли азота составляет 0,05-0,1%.

Современныебыстрорежущие стали можно разделитьна три группы: нормальной, повышеннойи высокой теплостойкости.

Ксталям нормальнойтеплостойкостиотносятся вольфрамовая Р18 ивольфрамомолибденовая Р6М5 стали (табл.2.2). Эти стали имеют твердость в закаленномсостоянии 63…64 HRC,предел прочности при изгибе 2900…3400Мпа,ударную вязкость 2,7…4,8Дж/м2и теплостойкость 600…620С.

Указанные марки стали получили наиболееширокое распространение при изготовлениирежущих инструментов. Объем производствастали Р6М5 достигает 80% от всего объемавыпуска быстрорежущей стали. Онаиспользуется при обработке конструкционныхсталей, чугунов, цветных металлов,пластмасс.

Сталиповышенной теплостойкостихарактеризуются повышенным содержаниемуглерода, ванадия и кобальта.

Средиванадиевыхсталейнаибольшее применение получила маркаР6М5Ф3.

Наряду с высокойизносостойкостью, ванадиевые стали

обладаютплохой шлифуемостью из-за присутствиякарбидов ванадия (VC),так как твердость последних не уступаеттвердости зерен электрокорундовогошлифовального круга (Al2O3).Обрабатываемость при шлифовании –«шлифуемость», – это важнейшеетехнологическое свойство, котороеопределяет не только особенности приизготовлении инструментов, но и при егоэксплуатации (переточках).

Таблица 2.2Химическийсостав быстрорежущих сталей

Марка сталиМассовая доля, %
УглеродХромВольфрамВанадийКобальтМолибденАзот
Стали нормальной теплостойкости
Р180,73-0,833,80-4,4017,00-18,501,00-1,40н.б. 0,50н.б. 1,00
Р6М50,82-0,903,80-4,405,50-6,501,70-2,10н.б. 0,504,80-5,30
Стали повышенной теплостойкости
11РЗАМ3Ф21,02-1,123,80-4,302,50-3,302,30-2,70н.б. 0,502,50-3,000,05-0,10
Р6М5Ф30,95-1,053,80-4,305,70-6,702,30-2,70н.б. 0,504,80-5,30
Р12Ф30,95-1,053,80-4,3012,0-13,02,50-3,00н.б. 0,50н.б. 0,50
Р18К5Ф20,85-0,953,80-4,4017,0-18,501,80-2,204,70-5,20н.б. 1,00
Р9К50,90-1,03,80-4,409,00-10,002,30-2,705,00-6,00н.б. 1,00
Р6М5К50,94-0,923,80-4,305,70-6,701,70-2,104,70-5,204,80-5,30
Р9М4К81,0-1,103,00-3,608,50-9,502,30-2,707,50-8,503,80-4,30
Р2АМ9К51,0-1,103,80-4,401,50-2,001,70-2,104,70-5,208,00-9,000,05-1,10
Стали высокой теплостойкости
В11М7К230,1011,000,5023,007,00
В14М7К250,1014,000,5025,007,00
3В20К20Х4ф0,254,0020,001,0020,00

По шлифуемостибыстрорежущие стали можно разделитьна 4 группы:

Группа1 ванадия до 1,4% и относительная шлифуемость0,9-1 (за единицу принята «обрабатываемостьпри шлифовании» стали Р18, обладающаянаилучшей шлифуемостью).

Группа2 ванадия 1,7-2,2%, относительная шлифуемость 0,5- 0,95, в эту группу, в частности, входятстали Р6М5, Р6М5К5, Р2АМ9К5 и др.

Группа3 ванадия 2,3-3,3%, относительная шлифуемость0,3-0,5 (11РЗАМ3Ф2, Р6М5Ф3, Р12Ф3, Р9, Р9М4К8 и др.)

Группа4 ванадия более 4%, относительная шлифуемость0,2-0,3 (Р12Ф4К5 и др.).

Порошковыебыстрорежущие стали, независимо отсодержания ванадия, относятся к группам1 и 2 т.е. обладают хорошей шлифуемостью.

Стали с пониженнойшлифуемостью склонны к прижогам, т.е. кизменению структуры приповерхностныхслоев стали после шлифования или заточки,появлению вторичной закалки или зонвторичного отпуска с пониженнойтвердостью.

Следствием прижоговможет быть значительное снижениестойкости инструмента.

Однако, проблема«шлифуемости» высокованадиевыхбыстрорежущих сталей, успешно решаетсяесли при заточке и доводке режущихинструментов применяются абразивныекруги с зернами из СТМ на основекубического нитрида бора (КНБ).

Ванадиевыебыстрорежущие стали находят применениедля инструментов несложных форм причистовых и получистовых условиях резаниядля обработки материалов, обладающихповышенными абразивными свойствами.

Средикобальтовыхсталейнаибольшее применение нашли маркиР6М5К5, Р9М4К8, Р18К5Ф2, Р9К5, Р2АМ9К5 и др.Введение кобальта в состав быстрорежущейстали наиболее значительно повышаетее твердость (до 66-68 HRC) и теплостойкость(до 640-650С).Кроме того, повышается теплопроводностьстали, так как кобальт являетсяединственным легирующим элементом,приводящим к такому эффекту.

Это дает возможностьиспользовать их для обработки жаропрочныхи нержавеющих сталей и сплавов, а такжеконструкционных сталей повышеннойпрочности. Период стойкости инструментовиз таких сталей в 3-5 раз выше, чем изсталей Р18, Р6М5.

Сталивысокой теплостойкости характеризуютсяпониженным содержанием углерода, новесьма большим количеством легирующихэлементов – В11М7К23, В14М7К25, 3В20К20Х4Ф. Ониимеют твердость 69…70 HRC и теплостойкость700…720С.

Наиболее рациональная область ихиспользования – резание труднообрабатываемыхматериалов и титановых сплавов. Впоследнем случае период стойкостиинструментов в 60 раз выше, чем из сталиР18, и в 8-15 раз выше, чем из твердого сплаваВК8.

Значительныминедостатками этих сталей является ихнизкая прочность при изгибе (не выше2400 МПа) и низкая обрабатываемостьрезанием в отожженном состоянии (38-40HRC) при изготовлении инструмента.

Всвязи со все более возрастающейдефицитностью вольфрама и молибдена –основных легирующих элементов,используемых при производствебыстрорежущей стали, все большееприменение находят экономнолегированныемарки.

Среди сталей этого типа наибольшееприменение получила сталь 11Р3АМ3Ф2,которая используется при производствеинструмента, так как обладает достаточновысокими показателями по твердости(HRC 63-64), прочности (и-3400МПа) и теплостойкости (до 620С).

Экономнолегированные стали

Сталь 11Р3АМ3Ф2технологична в металлургическомпроизводстве, однако, из-за худшейшлифуемости ее применение ограниченоинструментами простой формы, не требующимибольших объемов абразивной обработки(пилы по металлу, резцы и т.п.).

Порошковыебыстрорежущие стали

Наиболее эффективныевозможности повышения качествабыстрорежущей стали, ее эксплуатационныхсвойств, и создания новых режущихматериалов появились при использованиипорошковой металлургии.

Порошковаябыстрорежущая сталь характеризуетсяоднородной мелкозернистой структурой,равномерным распределением карбиднойфазы, пониженной деформируемостью впроцессе термической обработки, хорошейшлифуемостью, более высокимитехнологическими и механическимисвойствами, чем сталь аналогичных марок,полученных по традиционной технологии.Технологическая схема полученияпорошковых быстрорежущих сталейследующая: газовое распыление в порошокжидкой струи быстрорежущей стали,засыпка и дегазация порошка в цилиндрическийконтейнер, нагрев и ковка (или прокатка)контейнеров в прутки, окончательнаярезцовая обдирка остатков контейнерас поверхности прутков. Основнымпреимуществом порошковой технологииявляется резкое снижение размеровкарбидов, образующихся при кристаллизациислитка в изложнице. Таким образомпорошинка, полученная газовым распылением,и является микрослитком в котором необразуются крупные карбиды.

Новая технологияпозволяет существенно изменить схемулегирования с целью направленногоповышения тех или иных эксплуатационныххарактеристик, определяющих стойкостьинструмента.

Основные примерыразработки новых составов порошковойбыстрорежущей стали сводятся к возможностивведения в состав до 7% ванадия изначительного, в связи с этим, повышенияизносостойкости без ухудшения шлифуемости.

А также введение углерода с «пересыщением»до 1,7%, позволяющего получить значительноеколичество карбидов ванадия и высокуювторичную твердость после закалки сотпуском.

В Украине выпускают ряд марокпорошковой стали: (Р7М2Ф6-МП, Р6М5Ф3-МП,Р9М2Ф6К5-МП, Р12МФ5-МП и др. ГОСТ 28369-89).

Технологияпорошковой металлургии также используетсядля получения карбидостали, которая посвоим свойствам может быть классифицированакак промежуточная между быстрорежущейсталью и твердыми сплавами.

Карбидостальотличается от обычной быстрорежущейстали высоким содержанием карбиднойфазы (в основном карбидов титана), чтодостигается путем смешивания порошкабыстрорежущей стали и мелкодисперсныхчастиц карбида титана. TiCв карбидостали составляет 20%. Пластическимдеформированием спрессованного порошкаполучают заготовки простой формы. Вотожженном состоянии твердостькарбидостали составляет HRC 40-44, а послезакалки и отпуска HRC 68-70.

При использованиив качестве материала режущего инструментакарбидосталь обеспечивает повышениестойкости в 1,5-2 раза по сравнению саналогичными марками обычной технологиипроизводства. В ряде случаев карбидостальявляется полноценным заменителемтвердых сплавов, особенно при изготовленииформообразующих инструментов(деформирующие протяжки).

Марки и виды инструментальной стали: описание углеродистых, легированных и быстрорежущих

Инструментальные стали: углеродистые и легированные марки

Инструментальная сталь — это материал, который на более чем на 0,7% состоит из углерода. Ее ключевыми характеристиками является твердость и прочность, их максимальные показатели достигаются при термической обработки стали. Ее преимущественно используют при изготовлении разных инструментов.

Так называется сталь, содержащая более 0,7% углерода. Ее основными характеристиками являются прочность и твердость, которые достигают максимальных показателей после термической обработки. Основное применение такого стального материала — изготовление инструментов.

Преимущества и ассортимент

Инструментальная сталь является одним из наиболее востребованных материалов на рынке. Сплав имеет высокую твердость и невысокую стоимость. Однако имеется и недостаток у материала — его низкая износостойкость, поэтому его не применяют для производства машинных деталей и оборудования, которое подвергается постоянным нагрузкам.

Сортамент данного материала следующий:

  • горячекатаные квадраты и круги;
  • кованые полосы, круги и квадраты.

Основные виды

Такой вид материалов подразделяется на такие три основные категории:

  • инструментальные углеродистые стали;
  • легированные инструментальные стали;
  • быстрорежущие.

Все они производятся согласно установленному ГОСТу.

Углеродистые виды материала во время нагревания теряют свою прочность, соответственно, их используют для производства инструментов, которые работают на малых скоростях или при простых условиях резания, когда температура нагревания составляет не больше 200 градусов.

Преимущественно их применяют для производства:

  • напильников;
  • сверл;
  • разверток;
  • метчиков и не только.

Поскольку углеродистая инструментальная сталь обладает низкими показателями свариваемости, ее не используют при изготовлении сварных конструкций.

В зависимости от процентного соотношения содержания в материале углерода, марганца, кремния, серы и других элементов он подразделяется на такие марки, как:

  • У7;
  • У8;
  • У8Г;
  • У10 и прочие.

Легированные материалы и их маркировка

Легированные материалы в составе дополнительно содержат следующие элементы:

  • никель;
  • медь;
  • марганец и т. д.

Все они улучшают характеристики материала. Легирующие элементы должны указываться при маркировке с помощью специальных обозначений буквами. Все это позволяет заранее увидеть, из чего состоит данная инструментальная сталь.

Марки материала также могут включать не только буквы, но и цифры. Цифры указывают на то, в каком количестве тот или иной элемент содержится в стали в процентном соотношении.

Если при маркировке цифра не ставится, то количество элемента равно около 1 процента.

При маркировке легированной стали на первом месте стоит количество углерода, которое равно десятым долям процента. Например, марка 6ХС содержит углерод в количестве 0,6%, а также по одному проценту кремния и хрома.

Инструментальные легированные стали преимущественно используются для производства штамповых или режущих инструментов, к ним относят:

  • плашки;
  • метчики;
  • развертки;
  • сверла;
  • фрезы и не только.

Как и углеродистые стали, легированные материалы тоже непригодны для производства сварных конструкций.

Быстрорежущие стали

Маркировка быстрорежущих материалов состоит из буквы «Р», числа, указывающего на массовую долю вольфрама и букв элементов, присутствующих в составе материала. Это могут быть кобальт, молибден и другие. Далее идут цифровые значения их массовых долей. Если маркировка включает буквы «Ш», то это значит «электрошлаковый переплав».

Доля хрома в быстрорежущей стали при маркировке не указывается, также отсутствует указание массовой доли молибдена, если она не превышает отметку в один процент.

Такие виды материалов оптимально подходят для производства режущих инструментов, которые от трения нагреваются до температуры от 600 до 6500 градусов. При этом они не будут деформироваться, и терять свою твердость. Данный вид изделий хорошо поддается свариванию посредством стыковой электросварки со сталью таких марок, как 45 и 40Х.

Все марки для производства подразделяются на следующие группы:

  • теплостойкие и вязкие — обычно это заэвтектоидные и доэвтектоидные стали, включающие хром, молибден и вольфрам. Углерод в сталях должен соответствовать низким и средним значениям;
  • высокотвердые и вязкие, а также нетеплостойкие — в сплавах содержится минимум легированных элементов, а также среднее количество углевода, отличающиеся малой прокаливаемостью;
  • Высокотвердые и теплостойкие, а также износостойкие — это быстрорежущие легированные стали с большим содержанием легированных элементов, сплавы с ледебуритной структурой, в которых содержится более 3 процентов углерода;
  • износостойкие, высокотвердые со средней теплостойкостью — материалы имеют заэвтектоидную и ледебуритную структуру, в их составе содержится примерно 2−3 процента углерода и 5−12 процентов хрома;
  • высококачественная и качественная инструментальная сталь — отличаются друг от друга по процентному соотношению присутствия в них серы и фосфора;
  • высокотвердые и нетеплостойкие — эти инструментальные стали с заэвтектоидной структурой вообще не включают в себя легированные элементы, или же они присутствуют в минимальном количестве. Уровень их твердости обеспечивается за счет большого количества углерода в составе.

Уровень твердости — очень важный параметр для рассматриваемого материала. Обычно высокотвердые стали не используют для производства инструментов, которые во время эксплуатации подвергаются ударным сильным нагрузкам. Это происходит за счет того, что эти сплавы имеют невысокую вязкость и большую хрупкость, из-за чего инструмент, которых из них сделан, может сломаться.

По уровню твердости данные стальные материалы бывают с высоким уровнем вязкости, где углерода содержится 0,4 -0,7% или же с большой износостойкостью и твердостью, где количество углевода равно 0,7−1,5%.

Отличаются стали и по степени своей прокаливаемости. По этому критерию они подразделяются на:

  • изделия с повышенной прокаливаемостью, где диаметр прокаливания составляет от 80 до 100 мм;
  • высокой — диаметр от 50 до 80 мм;
  • низкой — от 10 до 25 мм соответственно.

Сферы использования

Данный материал в промышленности имеет довольно широкий спектр применения. Они применяются при изготовлении:

  • режущих инструментов;
  • измерительных устройств;
  • литейных пресс-форм, работающих под давлением;
  • рабочих деталей штампов, которые работают по принципу горячего и холодного деформирования;
  • высокоточных изделий.

Требования к данным материалам предъявляются в зависимости от того, как именно они будут использоваться. Но есть общие требования к ним независимо от марок:

  • высокий уровень твердости;
  • высокий уровень прочности;
  • износостойкость;
  • хорошая вязкость, что особенно важно при изготовлении деталей, которые при использовании будут подвергаться ударам;
  • низкий уровень чувствительности к перегреву, процессам прилипания и приваривания к деталям, которые подвержены обработке;
  • хороший уровень обработки посредством резки металла;
  • устойчивость к появлению трещин;
  • восприимчивость к прокаливанию;
  • пластичность в горячем виде;
  • возможность шлифовки;
  • возможность противостоять обезуглероживанию.

Естественно, это не все требования.

Так, марки, которые предназначаются для использования в условиях холодной деформации, дополнительно должны иметь гладкую рабочую поверхность, сохранять свою форму и размер и иметь предел текучести и упругости.

А те материалы, которые должны применяться в условиях горячей деформации, должны иметь высокую теплопроводность, не допускать отпуска и быть устойчивыми к колебанию температур.

Итак, вы рассмотрели особенности инструментальной стали, выяснили, на какие виды и категории она подразделяется и для каких целей используется та или иная их марка. Подробнее информацию о них можно прочесть в других статьях, посвященных этому материалу.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.