ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования. Основные свойства, которыми должны обладать инструментальны стали: износостойкость, прочность при удовлетворительной вязкости, теплостойкость, прокаливаемость и хорошая обрабатываемость давлением и резанием.

Стали для режущего инструмента.

По теплостойкости материалы, применяемые для изготовления режущего инструмента, делятся на следующие группы:

1. Углеродистые стали с пониженной прокаливаемостью и теплостойкостью до 200^О С (ГОСТ1435-85).

2. Легированные стали повышенной прокаливаемости с теплостойкостью до 300^О С.(ГОСТ5950-73).

3. Быстрорежущие стали с теплостойкостью до 600^О С.(ГОСТ19265-73).

4. Твердые сплавы с теплостойкостью до 1000^О С (ГОСТ3882-74).

5. Сверхтвердые материалы с теплостойкостью до 1200^О С.

Углеродистые инструментальные стали.

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ1435-99) маркируются буквой У и цифрой, показывающей среднее содержание углерода в десятых долях. Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная. Всего применяется 7 марок углеродистых сталей У7, У8, …..У13. Из-за низкой прокаливаемости (10-12 мм) углеродистые стали пригодны для инструмента сечением до 25 мм. С увеличением количества углерода в стали вязкость падает, а твердость (из-за увеличения количества цементита) растет. Поэтому инструмент, испытывающий ударные нагрузки, изготавливается из сталей У7, У8, У9 при HRC = 48 – 55, а режущий инструмент, не испытывающий ударных нагрузок из стали У10, У11, У12, У13 при HRC = 62 – 64.

Таблица 4.1 Применение углеродистой инструментальной стали (ГОСТ1435-99).

Легированные инструментальные стали.

Легированные инструментальные стали (ГОСТ5950-73) содержат до 5 % легирующих элементов, и относятся к доэвтектоидным сталям перлитного класса. Легирование производится Cr, Mn,. Si, W для повышения прокаливаемости, закаливаемости, уменьшения трещинообразования при термообработке. Стали подвергаются неполной закалке с температуры 30-50^о С выше АС₃ и низкому отпуску, что обеспечивает структуру мартенсит отпуска и избыточные карбиды и твердость HRC 62-69. Стали обладают высокой износостойкостью, но низкой теплостойкостью, поэтому применяется для инструмента, работающего при небольших скоростях резания.

Сталь маркируется цифрами и буквами. Если впереди цифры нет, то углерода около 1 %. Если цифра есть, то это содержание углерода в десятых долях:Сталь 9Хсодержит С=0,9 %, Х=1 %, остальные буквы и цифры обозеачают содержание элементов как у легированных сталей.(таблица 4.2)

Таблица 4.2

Применение инструментальной легированной стали (ГОСТ5950-73).

Быстрорежущие стали.

Быстрорежущими сталями называются высоколегированные инструментальные стали, обладающие высокой теплостойкостью (до 650^о С) .Быстрорежущие стали позволяют увеличить скорость резания в 2-4 раза («быстро резать») и повысить стойкость инструмента в 10-30 раз. Твердость быстрорежущих сталей достигает HRC 65-66. Такие свойства достигаются легированием, в основном, W, а также Mo, Co, V, и соответствующей термической обработкой: закалкой с температуры ~1280^о С и трехкратным отпуском при температуре 550-570^о С.

Быстрорежущие стали (ГОСТ19265-73) маркируются буквой Р(рапид-быстрый,быстрорежущий), цифра после которой указывает содержание в процентах вольфрама – основного легирующего элемента. Содержание углерода (~1 %), ванадия (до 2 %) и хрома (до 4 %) в маркировке не указывается. Mo, Co, V маркируется как обычно. Например, Р6М5 содержит С =0,9 %, Cr = 4 % , W = 6 %, Mo = 5 %, V = 2 % .

Быстрорежущие стали по эксплуатационным свойствам делятся на две группы: нормальной производительности (Р18, Р12, Р9, Р9Ф5, Р6М3, Р6М5) и повышенной производительности (Р6М5К5, Р9М4К8, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2). Отличие состоит в присутствии кобальта, который способствует повышению теплостойкости до 650^оС. Стали второй группы предназначены для обработки высокопрочных, коррозионностойких, жаропрочных сталей с аустенитной структурой.

Таблица 4.3

Применение быстрорежущих сталей.

.

Твердые сплавы.

Твердые спеченые сплавы типа ВК, ТК, ТТК (ГОСТ3882-74) представляют собой сплавы, состоящие из карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC),связанных кобальтом. Получают твёрдые сплавы методом порошковой металлургии. Теплостойкость таких сплавов достигает 1000^оС, а твердость НRC 74-76, что обеспечивает высокую износостойкость. По эксплуатационным свойствам твердые сплавы превосходят инструменты из быстрорежущих сталей и применяются для резания с высокими скоростями. Увеличение в сплаве кобальта снижает твердость, но повышает прочность и вязкость, поэтому сплавы с высоким содержанием кобальта применяются для черновой обработки металлов там, где резцы работают с ударом. С увеличением содержания карбидов возрастает твердость и хрупкость сплава, поэтому такие сплавы применяются для чистовой обработки при безударной работе резца.

В зависимости от состава карбидной основы твердые сплавы делятся на три группы:

- Вольфрамовая группа состоит из сплавов системы карбид вольфрама-кобальт. Маркируется буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта. Теплостойкость сплавов ВК-800^оС;

-Титановольфрамовая группа состоит из сплавов системы карбиды вольфрама – карбиды титана-кобальт. Маркируются буквами Т, К и цифрами после них, показывающими содержание в процентах карбидов титана и содержание кобальта, остальное – карбиды вольфрама. Теплостойкость сплавов ТК – 1000^о С, твердость выше, чем у сплавов ВК;

-Титанотанталовольфрамовая группа образует сплавы системы TiC-TaC-WC-Co. Цифры в марке после букв ТТ показывает суммарное содержание карбидов титана и тантала, а цифра после буквы К- содержание кобальта. Например, ТТ7К12 состоит из 4% карбидов титана, 3% карбидов тантала, 12%кобальта и 81% карбидов вольфрама.

Сплавы ТТК отличаются от ВК и ТК большей прочностью, лучшей сопротивляемостью вибрациям и выкрашиванию, поэтому применяются для черновой обработки слитков, поковок, отливок.

Таблица 4.4

Применение твердых сплавов (ГОСТ3882-74). .

4.1.5 Сверхтвердые материалы.

К сверхтвердым материалам относятся алмаз (НV=100.000, что в 8 раз превосходит твердость быстрорежущей стали HV =13000 ), и кубический нитрид бора (КНБ-эльбор, боразон). Теплостойкость алмаза 800^оС, к тому же он растворяется в железе и для обработки сталей и чугунов не применяется. КНБ имеет твердость HV=90000, но теплостойкость его 1200^оС, поэтому эльбор применяется для высокоскоростной обработки закаленных, цементованных и труднообрабатываемых сталей, часто заменяя шлифование - точением, что повышает производительность в 3 раза.