Инструментальные стали
1
К инструментальным относят стали, применяемые для обработки материалов резанием и давлением.
Основные требования, предъявляемые к инструментальным сталям:
твердость;вязкость;износостойкость;теплостойкость;прокаливаемость.
Для некоторых видов инструментов необходимы также теплопроводность, разгаростойкость, окалиностойкость, устойчивость против адгезии и налипания.
2
Классификация инструментальных сталей
По теплостойкости стали разделяют на следующие группы:нетеплостойкие – сохраняют высокую твердость и другие
свойства до температуры 200…3000С;полутеплостойкие – до 400…5000С;теплостойкие – выше 550…6000С.
По составу инструментальные стали подразделяют на следующие группы:
углеродистые;низколегированные;легированные;высоколегированные.
3
По структуре в равновесном состоянии стали подразделяют на следующие группы:
доэвтектоидные;заэвтектоидные;ледебуритные.
По назначению:
стали для режущих инструментов;штамповые стали для холодного деформирования;
штамповые стали для горячего деформирования;стали для измерительного инструмента.
4
Стали для режущего инструмента
Стали для режущего инструмента должны обладать твердостью HRC63…66; высокой прочностью и сопротивлением малой пластической деформации; теплостойкостью.
Для инструмента, не подвергающегося интенсивному разогреву, применяют нетеплостойкие стали. Они бывают углеродистые и легированные.
Углеродистые стали.
У8, У8А, У12, У12А. Эти стали нетеплостойки. Высокая твердость сохраняется до 200…2500С. Применяют для изготовления малоответственного режущего инструмента, работающего при малых скоростях резания.
Это стали неглубокой прокаливаемости: 10…20 мм в воду и 4…6 мм в масло. В малых сечениях (до 15…20 мм) после закалки достигается высокая твердость в поверхностном слое HRC 63…66 и мягкая, вязкая сердцевина инструмента. Это благоприятно для
ручных метчиков, напильников, пил и т.д.
5
760… |
|
8200С |
|
вод |
150… |
а |
2200С |
Термообработка состоит из закалки и низкого отпуска.
Заэвтектоидные стали закаливают от температур АС1+(30…50)0С, а
доэвтектоидные от АС3+(30…40)0С. Закалка осуществляется в воде.
После закалки углеродистые стали содержат малое количество остаточного аустенита – до 5…8%, что не уменьшает их твердости и исключает необходимость проведения термообработки для распада остаточного аустенита. Температура отпуска зависит от содержания углерода в стали – чем больше углерода, тем выше температура. После такой термообработки сталь имеет структуру отпущенного мартенсита+карбиды (цементит). Перед изготовлением инструмента применяют смягчающий отжиг на структуру зернистого перлита, после которого HB 150…180, что позволяет легко обрабатывать сталь.
6
Легированные стали.
7ХФ, 11ХФ, 9Х1, 9Х5ВФ, 8Х4В2М2Ф2.
Основная цель легирования –повышение прокаливаемости.
Стали легируют Si для повышения устойчивости аустенита при температуре аустенитного распада и повышения устойчивости против отпуска; Mn для стабилизации аустенита в области бейнитного распада.
Основным легирующим элементом является Cr, который повышает прокаливаемость и прочность легированного цементита. В результате повышается износостойкость.
Совместное легирование Cr и Si позволяет устранить катастрофическое падение прочности при нагреве выше 2200С.
Использование V позволяет обеспечить меньшую чувствительность стали к перегреву при нагреве под закалку.
Введение W повышает прокаливаемость и устойчивость мартенсита против распада. Высокая твердость получается за счет образования легированного цементита (Fe,Cr,W)3С. При введении
4%W образуется карбид типа Ме6С, который нерастворим при нагреве под закалку.
7
780… |
|
8700С |
|
масло |
2000С |
|
Основная термическая обработка: закалка с температур 780…8700С в масле и отпуск при температуре 2000С.
Возможно применение более высоких температур закалки и отпуска (для стали 9Х5ВФ до 10000С и 3000С,
для 8Х4В2М2Ф2 – до 11700С и 5600С, соответственно). Структура сталей после термообработки: мартенсит отпуска+карбиды.
8
Быстрорежущие стали
Р18, Р9, Р6М5, Р6М5Ф3, Р9К5.
Эти стали отличаются высокой теплостойкостью или красностойкостью (600…7000С) при высокой твердости (HRC 63… 70). Такие свойства достигаются легированием и термической обработкой сталей.
Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей являются W, Mо, V, эти элементы образуют специальные карбиды в стали. Все стали легируют также Cr, некоторые Co.
W (Mo) образует в стали карбид Ме6С, который при аустенизации
частично переходит в твердый раствор, обеспечивая получение легированного мартенсита. Эти легирующие элементы затрудняют распад мартенсита при нагреве, обеспечивая красностойкость. Нерастворившаяся при аустенизации часть карбидов приводит к повышению износостойкости стали.
Вольфрамовые стали склонны к сильной карбидной неоднородности. Частичная замена W на Mo уменьшает эту склонность.
9
V образует карбид VC с твердостью НV 2700…2800. Максимальный эффект от введения в сталь V достигается при условии, что содержание С будет достаточным для образования большого количества VC и для насыщения твердого раствора.
Карбид VC, частично растворяясь в аустените, увеличивает красностойкость и повышает твердость после отпуска за счет дисперсионного твердения. Нерастворимая часть карбида повышает износостойкость.
Cr в быстрорежущих сталях содержится в количестве 4%. Он является основой карбида Ме23С6. При нагреве под закалку этот
карбид полностью растворяется в аустените. Основная роль хрома – повышение прокаливаемости.
Co в основном находится в твердом растворе и частично входит в состав карбида Ме6С. Co повышает красностойкость, увеличивает
устойчивость против отпуска и твердость сталей, но ухудшает
пластичность и вязкость.
Быстрорежущие стали относятся к классу ледебуритных, т.е. в структуре есть первичные карбиды, которые играют основную роль для стабилизации аустенитного зерна при нагреве под закалку.
10