8.5.Інструментальні сталі.

Інструментальні сталі поділяються на чотири типи:

- пониженої прогартовуваності (переважно вуглецеві);

- підвищеної прогартовуваності ( леговані);

- штампові;

- швидкорізальні.

До особливої групи інструментальних матеріалів належать тверді сплави.

Леговані інструментальні сталі. До цієї групи належать сталі, які містять від 1% до 3% легуючих елементів і мають підвищену прогартовуваність, наприклад, 9ХС, ХВГ, ХВ5. Інструменти з цих сталей загартовуються у маслі. Після гартування проводять низький відпуск. Твердість після такого відпуску НRС65 - 62 (в залежності від температури відпуску). Сталі цієї групи використовують для інструмента, що нагрівається у процесі роботи до температури, яка не перевищує 200…250С.

Швидкорізальні сталі. На відміну від інших інструментальних сталей швидкорізальні сталі мають високу теплостійкість (червоностійкість), тобто здатність зберігати мартенситну структуру при підвищених температурах (до 600…650С).

Основними легуючими елементами швидкорізальних сталей, які забезпечують їх теплостійкість, є W i Mо. Сильно підвищує теплостійкість (до 645…650С) і твердість після термічної обробки (НRC67…70) Со і в меншій мірі V. Ванадій, утворюючи дуже твердий карбід VC, підвищує зносостійкість інструменту, але погіршує здатність до шліфування.

До найрозповсюдженіших швидкорізальних сталей відносяться Р18, Р9, Р6М5. Ці сталі рекомендуються для всіх видів інструментів при обробці вуглецевих і легованих сталей. Для обробки високоміцних, нержавіючих, жароміцних сталей і сплавів застосовують сталі, які містять кобальт: Р18К5Ф2, Р9М4К8, Р9К5 тощо.

Швидкорізальні сталі відносяться до ледебуритного класу. Їх фазовий склад у відпаленому стані представляє собою легований ферит і карбіди. Кількість карбідної фази в сталі Р18 досягає 25…30%, а в сталі Р6М5 - 22%. У структурі литої швидкорізальної сталі є складна евтектика (ледебурит), яка розміщується по границях зерен.

Для надання швидкорізальній сталі теплостійкості її піддають гартуванню і багатократному відпуску.

Температура гартування сталі Р18 становить 1270С, а Р6М5 - 1220С. Такі високі температури необхідні для більш повного розчинення карбідів в аустеніті і отримання після гартування більш стійкого мартенситу. Структура швидкорізальної сталі після гартування складається з високолегованого мартенситу, що містить 0,3…0,4%С, надлишкових карбідів і залишкового аустеніту, кількість якого становить 25…30% у сталі Р18 і 28..34% у сталі Р6М5. Залишковий аустеніт знижує твердість і різальні властивості сталі. Для усунення залишкового аустеніту інструмент піддають триразовому відпуску при 550…570С з витримкою при цій температурі 45…60хв. Вміст аустеніту зменшується до 2%, а твердість підвищується з HRC62 до HRC64. Інколи для зменшення вмісту залишкового аустеніту безпосередньо після гартування інструмент охолоджують до -80С, після чого проводять одно- або двократний відпуск при 550…570С.

Штампові сталі. Штампові сталі застосовують для виготовлення штампів холодного та гарячого деформування, пуансонів, матриць, фільер, пресформ для лиття під тиском.

Сталі для штампів холодного деформування повинні мати високу твердість та зносостійкість, високу вязкість, а сталі для штампів гарячого деформування додатково повинні мати високу теплостійкість, термостійкість і теплопровідність. Для штампів холодного деформування застосовують такі марки: Х6ВФ, Х12, Х12М, Х12Ф1 тощо, а для штампів гарячого деформування - 7Х3, 5ХНМ, 4ХМФС, 3Х2В8Ф тощо. Сталі для штампів холодного деформування піддають гартуванню і відпуску на твердість в межах HRC58…63 (в залежності від призначення). Сталі для штампів гарячого деформування піддають гартуванню і відпуску на твердість в межах HRC 38…50.

Інструментальні тверді сплави. Це сплави, що одержують методом порошкової металургії і складаються з карбідів тугоплавких металів (WC, TiC, TaC), які зєднуються кобальтом. У промисловості застосовують тверді сплави трьох груп:

- вольфрамові, які складаються з карбіду WC і Co (ВК3, ВК6, ВК8, ВК10);

- титановольфрамові, до складу яких входять карбіди WC, TiC і Со (Т30К4, Т15К6, Т14К8 та ін.);

- титанотанталовольфрамові, до складу яких входять карбіди WC, TiC, ТаС і Со (ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9 та ін.)

У марках сплавів літери, що стоять на її початку, позначають групу: В - вольфрамова, Т - титановольфрамова, ТТ -титанотанталовольфрамова. Літера К - позначає кобальт, а число за цією літерою - вміст кобальту в цілих відсотках. Число, яке стоїть за літерою Т, вказує на вміст карбіду титану в цілих відсотках, а за двома літерами ТТ - на сумарний вміст карбідів титану і танталу.

Структура твердих сплавів являє собою частинки карбідів, навколо яких розташовано кобальт. При високому вмісті ТіС (Т30К4) структура сплаву складається тільки із карбіду титану і кобальту, тому що карбід вольфраму розчиняється у карбіді титану. Зі збільшенням вмісту Со у сплаві зносостійкість знижується, а експлуатаційна міцність підвищується.

Характерною особливістю твердих сплавів є їх висока червоностійкість, яка досягає 800…1000С, і твердість - HRA 87…92. Недоліками цих сплавів є підвищена крихкість і мала міцність на розтяг.