8. Характеристика инструментальных сталей различных классов. Принцип выбора состава, обработки. Термическая и термомеханическая обработка изделий.

Инструментальные стали предназначены для изготовления инструмента для обработки резанием, давлением и мерительного инструмента. Все инструментальные стали можно разделить на углеродистые и легированные. Выделяют следующие группы инструментальных сталей:

1) углеродистые стали (У8-У13). Стали для режущего инструмента должны обладать высокой изностойкостью, твердостью и теплостойкостью. Углеродистые инструментальные стали применяются для неответственного режущего инструмента, работающего при не высоких температурах. Содержат 0,8-1,3 % углерода. Эти стали подвергают закалке при 800-820⁰С, охлаждение в масле и низкому отпуску при 150-200⁰С. Структура стали: Мо+К. твердость 60-65 НВ.

2) быстрорежущие. Стали обладающие высокой теплостойкостью по сравнению с углеродистыми сталями. В сталях углерод, хром (менее 4%) не указывается. Они содержат большое количество вольфрама, молибдена. Может быть добавлен кобальт и ванадий для повышения теплостойкости. Термообработка быстрорезов осуществляется следующим образом. Нагрев в соляной ванне до 650⁰С, нагрев в соляной ванне до 850⁰С. Закалка в соляной ванне до 1220⁰С, охлаждение в масле или соляной ванне и трехкратный отпуск 550⁰С по 1 часу. Структура стали: Мо+К. ТвердостьHRC61-70.

3) валковые. Стали предназначены для изготовления валков прокатных станов. Должны обладать высокой прочностью и изностойкостью. Применяют легированные конструкционные стали. Их подвергают (60ХН):

- закалке 870⁰С, охлаждение, высокий отпуск 580-600⁰С, выдержка 30 ч. Охлаждение в воде. Структура: Мо+К – валки холодной прокатки.

- нормализации 840⁰С, отпуск 650⁰С.

4) штамповые. Эти стали используют для изготовления прессового рабочего инструмента: штампов, матриц, пуансонов. Эти стали делят на стали

а) для горячей штамповки. Стали должны обладать высокой теплостойкостью. Стали подвергаются:

- нормализации 910⁰С, охлаждение на воздухе и двукратному высокому отпуску 530-620⁰С с охлаждением с печью или на воздухе (4Х2НМФ).

- подогрев 650⁰С, закалке 880⁰С, охлаждение в масле, высокий отпуск 450-500⁰С, охлаждение на воздухе (7Х3). Структура стали: То+Со+К.

б) для холодной штамповки. Должны обладать высокой прочностью, износостойкостью и твердостью, высокой теплостойкостью. Эти стали подвергают:

- Закалке 970⁰С охлаждение в масле и низкому отпуску 150-170⁰С (Х12). Структура стали: Мо+К.

- Закалка 970⁰С охлаждение в масле и высокому отпуску – теплостойкие стали.

5) для мерительного инструмента. Для мерительного инструмента важны точность размеров, износостойкость. Поэтому обработка для сталей мерительного инструмента:

Закалка 820-840⁰С, охлаждение в воде, низкий отпуск 170-200⁰С, охлаждение на воздухе и обработка холодом.

9. Стали и сплавы с особыми свойствами. Коррозионностойкие и жаропрочные стали. Термическая и термомеханическая обработка изделий.

К сталям с особыми свойствами относят стали:

1) коррозионностойкие. Это стали способные сопротивляться корзинному воздействию среды (воздуха, воды, щелочей, кислот). Коррозионные стали делят на:

- хромистые. В состав сталей входит 12-14% хрома и 0,2-0,4% углерода. Структура стали после охлаждения на воздухе мартенсит. Эти стали устойчивы против коррозии на воздухе и слабых растворах кислот и солей. Их подвергают закалке 1000-1050⁰С, охлаждение на воздухе и высокому отпуску 600-700⁰С (20Х13).

- аустенитные. Легируют 18% хрома, 9-12% никеля. При комнатной температуре имеет структуру аустенита, стали парамагнитны, обладают высокой пластичностью, сопротивляются коррозии в окислительных средах. Работают при повышенных температурах. Их подвергают закалке 1020-1100⁰С с охлаждением в масле или воде.

2) жаропрочные. Стали предназначены для работы при высоких температкрах. По структуре после охлаждения жаропрочные стали делят на:

а) перлитные (15ХМ, 16М). Для изготовления энергетических установок, работают при температурах 500-600⁰С. Содержат 0,5-1,5% хрома, 0,25-0,35% молибдена и ванадий до 0,3%. Стали подвергают нормализации при 950-1950⁰С и высокий отпуск 600-750⁰С. Структура стали: П (тонкопластинчатый).

б) мартенситно-ферритные (18Х12ВМБФР). Рабочие температуры 500-600⁰С. Применяют для газовых установок и турбин. Легируют эти стали хромом 11-13%, вольфрамом, ванадием, молибденом, ниобием. Подвергают закалке при температуре 1000-1060⁰С с охлаждением в масле. Высокий отпуск 650-700⁰С и структура стали: Со+То.

в) мартенситные (40Х9С2). Применяют в качестве выпускающих клапанов двигателей внутреннего сгорания. Рабочие температуры до 500⁰С. Их подвергают:

- отжигу 850-880⁰С.

- закалке 1050⁰С, охлаждение в масле, высокий отпуск 720-780⁰С.

г) аустенитные (09Х14Н16Б). Эти стали легируются никелем, марганцем, хромом. Рабочие температуры до 750⁰С. Эти стали обладают самой высокой жаропрочностью. Предназначены для изготовления камер двигателей внутреннего сгорания. Их разделяют на стали с карбидным и интерметалидным упрочнением. Стали подвергают закалке 1050-1200⁰С, охлаждение в воде или масле и старению при 600-850⁰С (для выделения упрочняющих фаз).