3.2. Углеродистые инструментальные стали

Это стали с высоким содержанием углерода – 0.8 … 1.3 % С. Их марки У8А, У9А, У10А, … У13А.

У – углеродистые стали.

8 – 0.8 % углерода.

А – высококачественная.

Эти стали относительно дешевы, прочны, хорошо работают на изгиб. После калки при поверхностной твердости HRC 61 … 63 сердцевина может оставаться вязкой. Стали имеют низкую критическую температуру _кр  200⁰ С. Поэтому применяются при изготовлении недорогого ручного или машинного инструмента, работающего при низких скоростях резания. Это зубила, напильники, шаберы, метчики, плашки, развертки, мелкие сверла и т.п.

3.3. Легированные инструментальные стали.

Это углеродистые стали с небольшой добавкой легирующих элементов: хрома Cr (Х), марганца Mn (Г), вольфрама W (В), кремния Si (С).

Наиболее распространенные марки: ХВ4, ХВГ, 9ХС, ХВСГ, ХГС. Скорость охлаждения при закалке ниже, чем для углеродистых сталей (закалка в масле), лучше прокаливаемость, ниже карбидная неоднородность (за исключением ХВГ и ХВ4). Некоторые из этих сталей (содержащие марганец) меньше коробятся после калки, чем углеродистые, и поэтому из них делают длинномерные инструменты (протяжки) или инструменты, не шлифуемые после термообработки – фасонные затылованные фрезы, плашки, метчики и др. Теплостойкость и износостойкость несколько выше (_кр  250⁰ С), что позволяет иметь скорость резания на 11 % выше. Твердость примерно такая же HRC = 62 … 65. Исключение составляет ХВ4, которая может принимать HRC до 62 … 67. Поэтому ее используют для чистового резания твердых материалов (например, отбеленного чугуна).

Ввиду того, что углеродистые и легированные инструментальные стали из-за низкой теплостойкости не допускают высоких скоростей резания и, следовательно, не обеспечивают высокой производительности, имеется тенденция к сокращению их применения.

3.4. Быстрорежущие (высоколегированные) стали.

Это стали с содержанием углерода С от 0.8 до 1.1 % и большим добавлением легирующих элементов: вольфрама W, ванадия V (Ф), молибдена Mo (М), кобальта Co (К). Наличие карбидообразующих элементов существенно увеличивает их теплостойкость и износостойкость. В настоящее время разработано более 30 марок быстрорежущих сталей, многие из которых стандартизованы и освоены промышленностью.

Различают быстрорежущие стали:

а) нормальной теплостойкости;

б) повышенной теплостойкости;

в) высокой теплостойкости.

К первым относятся следующие стали: Р18, Р12, Р9, Р6М5.

Р – сталь для резания.

18 – содержание вольфрама в стали 18 %.

М – наличие молибдена и его процентное содержание (5%).

Во всех сталях имеется 4% хрома (Cr) и 1.5 … 2.5% ванадия (V).

Сталь Р18 одна из лучших, долгое время в основном выпускавшаяся нашей промышленностью. В 1968 г. ее выпуск составлял 90 % общего выпуска быстрорежущих сталей. Но ввиду дефицитности вольфрама в настоящее время выпускается в ограниченном количестве и используется для изготовления только сложного, ответственного инструмента. К 1975 году доминирующее положение заняла сталь Р6М5 ( 70% общего выпуска), содержащая меньшее количество дефицитного вольфрама.

Р18 и Р9 по своим режущим свойствам примерно одинаковы. Сталь Р9 хуже шлифуется, но в 2 раза дешевле, чем Р18, более прочна и особенно более теплопроводна. Р12 имеет свойства, средние между Р18 и Р9.

Свойства этих сталей

HRC  63 … 64.

_u  300 … 310 кГс/мм².

_кр  600 … 610⁰ С.

В стали Р6М5 за счет снижения процентного содержания вольфрама и добавки молибдена повысилась изгибная прочность _u до 310 … 330 кГс/мм², но снизилась критическая температура до _кр  580 … 590⁰ С. Твердость осталась той же HRC  63 … 64.

Стали нормальной теплостойкости идут на изготовление почти всей номенклатуры инструмента и особенно в тех случаях, когда

а) трудно или дорого применять инструменты из твердого сплава,

б) инструмент работает в тяжелых силовых условиях, в режиме прерывистого резания обычных конструкционных сталей и чугуна.

Применяют

Р18 в исключительных случаях для сложного инструмента, особенно при режимах резания с малой интенсивностью тепловыделения, т.к. при низких температурах эта сталь имеет повышенную износостойкость;

Р9 – для изготовления несложного инструмента, работающего в условиях интенсивного тепловыделения;

Р6М5 – для изготовления инструмента, работающего на невысоких скоростях резания, но с большими сечениями срезаемого слоя, т.е. при тяжелом силовом резании, а также как основной заменитель стали Р18.

Стали повышенной теплостойкости делятся на:

1. ванадиевые,

2. кобальтовые.