27. Інструмента́льна ста́ль — легована або вуглецева сталь із вмістом вуглецю від 0,7 % і вище. Ця сталь відрізняється високою твердістю і міцністю (після остаточної термообробки).

Інструментальна сталь призначена для виготовлення різальних і вимірювальних інструментів, штампів холодного і гарячого деформування, деталей машин, що зазнають підвищеного зношування при помірних динамічних навантаженнях.

Класифікація

За хімічним складом інструментальні сталі поділяються на вуглецеві, леговані і швидкорізальні (високолеговані). Вони мало відрізняються за твердістю, зате мають різну теплостійкість.

Вуглецеві інструментальні сталі

Інструментальна вуглецева сталь ділиться на якісну і високоякісну. Вміст сірки та фосфору в якісній інструментальної сталі — 0,03% і 0,035%, у високоякісній — 0,02% і 0,03% відповідно.

Випускається за ГОСТ 1435-99^[1] таких марок: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А, де цифрами вказано вміст вуглецю в десятих частках процента (буква А в кінці маркування означає, що сталь високоякісна, а буква Г, що має підвищений вміст марганцю). Стандарт поширюється на вуглецеву інструментальну гарячекатану, ковану, калібровану сталь, сріблянку.

Перевага вуглецевих інструментальних сталей полягає в основному в їх дешевизні і достатньо високій твердості (HRC 60...62) в порівнянні з іншими інструментальними матеріалами. До недоліків слід віднести малу зносостійкість і низьку теплостійкість (250ºС). У разі більшої температури твердість інструменту значно знижується і він втрачає свої різальні властивості.

З вуглецевих інструментальних сталей виготовляють зубила, кернери, напилки, шабери, ножівкові полотна, мітчики, зенкери, розвертки та інші інструменти.

Леговані інструментальні сталі

Леговані інструментальні сталі^[2] (сталі з підвищеною прогартовуваністю) мають покращену різальну здатність унаслідок наявності в хімічному складі таких легуючих елементів як хром, вольфрам, кремній, ванадій, молібден та ін. Теплостійкість їх досягає 350ºС. Твердість після термічної обробки НRС 62...64. Виготовлені інструменти з цих сталей можна використовувати для роботи на помірних швидкостях різання. Найпоширеніші марки легованих інструментальних сталей такі: хромисті (9Х, Х), хромовольфрамові (ХВ5), хромовольфрамомарганцеві (ХВГ), хромокремниста (9ХС). З них виготовляють протяжки, мітчики, плашки, свердла, розвертки та інші різальні інструменти.

Класифікація інструментальних легованих сталей:

за призначенням залежно від марки сталі:

група I — для виготовлення інструменту, призначеного для обробки металів і інших матеріалів в холодному стані;

група II — для виготовлення інструменту, використовуваного для обробки металів тиском при температурах вище за 300°С;

за способом подальшої обробки гарячекатана і кована металопродукція груп І і ІІ поділяється на підгрупи:

а) — для гарячої обробки тиском і холодного волочіння без контролю структурних характеристик;

б) — для холодної механічної обробки з повним обсягом випробувань.

Швидкорізальні сталі

Детальніше: Швидкорізальна сталь

Швидкорізальні інструментальні сталі^[3] — високолеговані інструментальні сталі, що характеризуються значним вмістом вольфраму (6...19 %), хрому (3...4,5 %), молібдену (3...6 %).

Під час нагрівання в процесі різання до високих температур (600...650ºС) вони не втрачають своєї твердості і різальних властивостей. Швидкорізальна інструментальна сталь поєднує в собі високу теплостійкість з високою твердістю, зносостійкістю (при підвищених температурах) і підвищеним опором пластичній деформації. Застосовується для виготовлення верстатних різальних інструментів (різців, свердл, розверток, фрез, зенкерів та ін.) застосовують сталі Р9, Р12, Р18, Р6М3, Р6М5, Р9Ф5, Р14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф2 та ін.

Позначення марки сталі: Р — швидкорізальна сталь, цифра — вміст вольфраму в десятих долях відсотка, М, К, Ф — легована молібденом, кобальтом або ванадієм, відповідно.

28. Металокерамічні тверді сплави, мінералокерамічні матеріали і абразиви виготовляють пресуванням з наступним спіканням при температурі 1500...1900º С порошків кобальту і карбідів вольфраму, титану і танталу. Тверді сплави використовують у вигляді пластинок певної форми і розмірів, які механічно прикріплюють або припаюють до стержня різця. Ці сплави мають високу твердість (НRС 86...92), володіють високою стійкістю проти спрацювання і теплостійкістю (800...1000º С). Металокерамічні тверді сплави, залежно від хімічного складу, поділяються на три групи: вольфрамові (ВК), титано-вольфрамові (ТК) і титанотанталововольфрамові (ТТК).

Вольфрамові сплави складаються із зерен карбіду вольфраму, зцементованих кобальтом (ВК2, ВК4,ВК6, ВК8 та ін.). Цифра після літери К означає відсотковий вміст кобальту, решта – карбід вольфраму. Вольфрамові сплави в’язкіші, а тому з них виготовляють інструмент, призначений для обробки чавуну, кольорових сплавів і пластмас.  Титановольфрамові сплави складаються з карбідів вольфраму і титану, зцементованих кобальтом (Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10 та ін.). Цифра після літери Т означає відсотковий вміст карбіду титану, а після К – відсотковий вміст кобальту, решта – карбід вольфраму. Інструменти, виготовленні з титановольфрамових сплавів, застосовуються для обробки конструкційних і легованих сталей звичайної оброблюваності. Титанотанталовольфрамові сплави складаються з карбіду титану, карбіду танталу, карбіду вольфраму, зцементованих кобальтом (ТТ7К12, ТТ7К15, ТТ20К9 та ін.). Цифра після літер ТТ означає відсотковий вміст у сумі карбіду титану і танталу, а після К – відсотковий вміст кобальту, решта – карбід вольфраму.

 

Титанотанталовольфрамові сплави в порівнянні з титановольфрамовими мають меншу теплостійкість але більшу міцність. Їх використовують для чорнової обробки з ударами сталей із забрудненою кіркою, а також і чавунів. Мінералокерамічні матеріали одержують з порошку окису алюмінію (Аl2О3) методом пресування з наступним спіканням при температурі 1750º С. Після цього виготовленні пластинки потрібних розмірів і форми закріплюють на державках різального інструменту. В порівнянні зі швидкорізальними сталями і твердими сплавами мінералокерамічні матеріали мають вищі різальні властивості, вищу теплостійкість (до 1200º С) і стійкість проти спрацювання, а також дешевші.

Основними недоліками мінералокераміки є велика крихкість і низька міцність, що обмежує галузь їх застосування. Тому мінералокерамічні матеріали застосовують для напівчистої і чистової обробки сталей, чавунів та кольорових металів. Найширше застосування отримала мінералокераміка марок ЦМ-332 і ВОК-60, які мають високі різальні властивості. З метою підвищення різальних властивостей мінералокераміки в процесі спікання добавляють карбіди молібдену, вольфраму і титану. Такі матеріали називають керметами. Їх застосовують для обробки ковких і відбічених чавунів, важкооброблюваних сталей та сплавів.