Материаловедение

ЗАНЯТИЕ 4.

Вопрос 1. Инструментальные стали и сплавы.

Инструментальными называют стали, обладающие высокими твёрдостью, прочносью и износостойкостью и применяемые для изготовления различного инструмента.

Одной из главных характеристик инструментальных сталей является теплостой-кость (или красностойкость), т.е. способность сохранять высокую твёрдость при нагре-ве (устойчивость против отпуска при нагреве инструмента в процессе работы). Тепло-стойкость определяется температурой начала резкого падения твёрдости. По теплостойкости все инструментальные стали подразделяют на три группы: не облада-ющие теплостойкостью углеродистые и легированные стали, содержащие до 4% легирующих элементов (теплостойкость до 250 °С), полутеплостойкие, содержащие свыше 0,6–0,7% С и 4–18% Сr (теплостойкость 500°С) и теплостойкие — высо-колегированные стали карбидного класса, содержащие Сг, W, V, Мо, Со, получившие название быстрорежущих (теплостойкость до 650 °С). Другой важной характерис-тикой инструментальных сталей является прокаливаемость. Высоколегированные теп-лостойкие и полутеплостойкие стали обладают высокой прокаливаемостью, углеро-дистые стали отличаются небольшой прокаливаемостью, легированные стали имеют повышенную прокаливаемость.

Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У; следующее за ней число (У7, У8, У9, У10 и т.д.) показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква А в конце марки (например, У10А) указывает, что сталь высо-кокачественная. Легированные инструментальные стали X, 9Х, 9ХС, 6ХВГ и т.д. мар-кируют числом, показывающим среднее содержание углерода в десятых долях про-цента, если его содержание меньше или больше 1%. Если содержание углерода при-мерно 1%, то число чаще отсутствует. Буквы означают легирующие элементы, а сле-дующие за ними числа — содержание (в целых процентах) соответствующего леги-рующего элемента. Быстрорежущие стали маркируют буквой Р. Следующее за ней число указывает среднее содержание главного легирующего элемента быстрорежущей стали — вольфрама (в процентах). Другие легирующие элементы обозначают так же, как и в маркировке конструкционных сталей.

Нетеплостойкие стали для режущего инструмента.

Стали для режущего инструмента после закалки и низкого отпуска должны иметь высокую твёрдость в режущей кромке, значительно превышающую твёрдость обрабатываемого материала; высокую износостойкость, необходимую для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании; достаточную прочность при неко-торой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы. Углеродистые стали (ГОСТ 1435-99) У8 (У8А), У10 (У10А), У11 (У11А), У12 (У12А) и У13 (У13А) отличаются небольшой прокаливаемостью и не обладают теплостой-костью. Эти стали применяют для изготовления инструментов небольших размеров. Для изготовления режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла, шаберы, ножовки ручные, напильники, бритвы, хирургический инструмент и т.д.) обычно используют стали У10–У13. Деревообрабатывающий инструмент, зубила, кернеры, бородки, от-вертки, топоры изготовляют из сталей У7 и У8. Инструмент из углеродистых сталей подвергают неполной закалке от температуры 760–780 °С в воде или водных рас-творах солей. Мелкий инструмент из сталей У10–У12 для уменьшения деформации охлаждают в горячих средах (ступенчатая закалка). Отпуск проводят при температуре 150–170 °С для сохранения высокой твёрдости. Сталь У7 закаливают от температуры 800–820 °С и подвергают отпуску при температуре 275–325 °С или 400–500 °С. Легированные инструментальные стали повышенной прокаливаемости (ГОСТ 5950-2000) пригодны только для резания материалов невысокой прочности с небольшой скоростью (до 8 м/мин). Их используют для изготовления инструмента, не под-вергаемого в работе нагреву свыше 200 °С. Инструменты из этих сталей можно зака-ливать в масле и горячих средах (ступенчатая закалка), что уменьшает деформацию и коробление инструмента. Низколегированные стали 11ХФ и 13Х можно использовать для инструментов диаметром до 15 мм, закаливаемых в масле или горячих средах. Ванадий тормозит рост зерна при нагреве под закалку. Стали 9ХС и ХВСГ имеют теплостойкость 250–260°С, хорошие режущие свойства и сравнительно мало дефор-мируются при закалке. Их применяют для изготовления инструмента большого сече-ния с закалкой в масле или горячих средах (ручные сверла, развёртки, плашки, гребён-ки). Однако сталь 9ХС склонна к обезуглероживанию при нагреве, в отожжённом сос-тоянии имеет повышенную твёрдость, что ухудшает её обработку резанием и давле-нием. Вольфрамовые стали В2Ф и ХВ4 после закалки в водных растворах имеют очень высокую твёрдость, их применяют для изготовления пил по металлу, гравёрных ин-струментов и при обработке твёрдых металлов.