2. Стали для измерительных инструментов

Основными требованиями, предъявляемыми к сталям, из которых изготавливаются измерительные инструменты, являются высокая твердость и износоустойчивость, стабильность в размерах в течение длительного времени. Последнее требование обеспечивается минимальным температурным коэффициентом линейного расширения и сведением к минимуму структурных превращений во времени.

Для изготовления измерительных инструментов применяются:

• высокоуглеродистые инструментальные стали, легированные и углеродистые (стали У12, Х, Х9, ХГ, ХВГ, 9ХС), после закалки и стабилизирующего низкотемпературного (120…170 ^oС ) отпуска в течение 10…30 ч. До отпуска желательно провести обработку холодом. Получают твердость 62…67 HRC; Инструменты высокой точности из этих сталей подвергают обработке холодом при (-50)-(-80) ^оС и кратковременному (2-3 ч) отпуску.

• малоуглеродистые стали (сталь 15, 20, 15Х. 20Х, 12ХН3А) после цементации и закалки с низким отпуском; Изготавливают плоские инструменты (скобы, линейки, шаблоны)

• стали 50 и 55, подвергаемые поверхностной закалке ТВЧ. Изготавливают плоские инструменты (скобы, линейки, шаблоны)

• нитралои (сталь 38ХМЮА) после азотирования на высокую твердость. Используют для инструментов сложной формы и размеров.

3. Штамповые стали. Инструмент, применяемый для обработки металлов давлением (штампы, пуансоны, матрицы) изготавливают из штамповых сталей.

Различают стали для штампов холодного и горячего деформирования.

а) Стали для штампов холодного деформирования. Стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, прочностью, вязкостью (чтобы воспринимать ударные нагрузки), сопротивлением пластическим деформациям.

Для штампов небольших размеров (до 25 мм) используют углеродистые инструментальные стали У10, У11, У12 после закалки и низкого отпуска на твердость 57…59 HRC. Это позволяет получить хорошую износостойкость и ударную вязкость. В основном из этих сталей делают вытяжные и высадочные штампы.

Для более крупных изделий применяют низколегированные стали Х, Х6ВФ, 9ХС, ХВГ, ХВСГ. Для повышения износостойкости инструмента после термической обработки проводят цианирование или хромирование рабочих поверхностей. Для уменьшения брака при закалке необходимо медленное охлаждение в области температур мартенситного превращения (например, закалка из воды в масло для углеродистых сталей, ступенчатая закалка для легированных сталей).

Если штамповый инструмент испытывает ударные нагрузки, то используют стали, обладающие большей вязкостью (стали 4ХС4, 5ХНМ). Это достигается снижением содержания углерода, введением легирующих элементов и соответствующей термической обработкой. После закалки проводят высокий отпуск при температуре 480…580^oС, что обеспечивает твердость 38…45 HRC.

Высокохромистые стали типа Х12, Х12М, Х12Ф1 обладают высокой износостойкостью и глубокой прокаливаемостью (до 120 мм). Из них изготавливают штампы сложной формы. Эти стали в структуре имеют большое количество карбидной фазы (от 15 до 30%), что приводит к повышенной карбидной неоднородности. Что снижает прочность и вязкость.

Хромокремнистые стали 4ХС, 6ХС и дополнительно легированные вольфрамом (2-2.7%) 4ХВ2С, 5ХВ2С, 6ХВ2С – применяют для ударного инструмента – зубила, гибочные штампы, обжимные матрицы.

б) Стали для штампов горячего деформирования. Дополнительно к общим требованиям, от сталей этой группы требуется устойчивость против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении, окалиностойкость, высокая теплопроводность для отвода теплоты от рабочих поверхностей штампа, высокая прокаливаемость для обеспечения высокой прочности по всему сечению инструмента.

Для изготовления молотовых штампов применяют хромоникелевые среднеуглеродистые стали 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХСМФ. Вольфрам и молибден добавляют для снижения склонности к отпускной хрупкости. После термической обработки, включающей закалку с температуры 760…820^oС и отпуск при 460…540^oС, сталь имеет структуру – сорбит или троостит и сорбит отпуска. Твердость 40…45 HRC.

5ХНМ – крупные штампы сложной формы, 5ХГМ и 5ХНВС – обладают более низкой вязкостью чем 5ХНМ, используются для средних штампов.

Штампы горячего прессования работают в более тяжелых условиях. Для их изготовления применяются стали повышенной теплостойкости. Сталь 3Х2В8Ф сохраняет теплостойкость до 650^oС, но наличие карбидов вольфрама снижает вязкость. Сталь 4Х5В2ФС имеет высокую вязкость. Повышенное содержание хрома и кремния значительно увеличивает окалиностойкость стали.

Стали 3Х2В8Ф, 4Х2В5МФ, 4Х5В2ФС – близки к быстрорежущим сталям, закаливают с 1025-1125 ^оС, затем подвергают отпуску 500-580 ^оС. Изготавливают инструменты высокоскоростной штамповки.

Пресс-формы – стали 4ХВ2С, Х12, 7Х3, 8Х3, коррозионно-стойкую 30Х13, конструкционные стали 40Х, 30ХГС, азотируемые 3Х2В8Ф, 4Х5В2ФС.