10.7.4. Инструментальные стали и сплавы

инструментальными сталями называют углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью, прочностью и износостойкостью. Их применяют для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов. В инструментальных сталях содержится 0,7–1,5 % С.

стали для режущих инструментов.

Основные свойства, которыми должен обладать материал для режущих инструментов – твердость (HRC 60–65), износостойкость и теплостойкость. По теплостойкости материалы подразделяют на следующие группы: углеродистые и легированные стали (до 200 С), быстрорежущие стали (до 600–640 С), твердые сплавы (до 800–1000 С) и сверхтвердые материалы (до 1200 С).

Углеродистые инструментальные стали. Применяют для инструментов небольших размеров, т.к. стали марок у7, у10, у11, у12 имеют небольшую прокаливаемость. Стали проходят закалку и низкий отпуск (HRC 60–63).

Достоинства: дешевизна, невысокая твердость после отжига и хорошая обрабатываемость резанием и давлением в отожженном состоянии.

Недостатки: узкий интервал закалочных температур, возможность коробления и образования трещин при закалке.

легированные инструментальные стали. Эти стали (9хс, хвсг) содержат до 5 % легирующих элементов, которые вводят для увеличения закаливаемости, прокаливаемости, уменьшения деформаций и опасности растрескивания инструментов. Поэтому из легированных сталей изготавливают инструменты сложной формы.

По структуре низколегированные стали относятся к заэвтектоидным сталям перлитного класса. Их подвергают неполной закалке от температуры несколько выше точки А₁ и низкому отпуску. Структура мартенсита и избыточных карбидов (легированный цементит) обеспечивает им твердость (HRC 62–69) и высокую износостойкость.

Стали Х, 9ХС, ХВГ, ХВСГ относят к сталям с глубокой прокаливаемостью. Они служат для изготовления стержневых инструментов.

Быстрорежущие стали. К этой группе относятся высоколегированные стали, предназначенные для изготовления инструментов высокой производительности. Основное свойство этих сталей – высокая теплостойкость, которая обеспечивается введением большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами – молибденом, хромом, ванадием и кобальтом. Быстрорежущие стали обозначают буквой P (Р9, Р18, р6м5) после которой стоит число, указывающее содержание (в процентах) вольфрама – основного легирующего элемента. Содержание ванадия (до 2 %) и хрома (4 % во всех сталях) в марке не указываются.

Высокие эксплуатационные свойства инструменты из быстрорежущих сталей приобретают после закалки в масло и трехкратного высокого отпуска (550–570 С), для превращения остаточного аустенита в мартенсит. Особенность закалки быстрорежущих сталей – высокая температура нагрева (до 1300 С). Она необходима для обеспечения теплостойкости – получения после закалки высоколегированного мартенсита в результате перехода в раствор максимального количества специальных карбидов. Поэтому быстрорежущие стали относятся к карбидному (ледебуритному) классу.

Штамповые стали.

Основные свойства, которыми должны обладать стали для штампов и других инструментов холодной обработки давлением, – высокие твердость, износостойкость, прочность, сочетающиеся с удовлетворительной вязкостью.

Высокохромистые стали Х12, Х12М, Х12Ф1 обладают высокой износостойкостью и глубокой прокаливаемостью (150–200 мм). Эти стали близки к быстрорежущим: по структуре и после отжига относятся к ледебуритному классу, а после нормализации – к мартенситному. Высокохромистые стали закаливают с 1000–1100 С и отпускают при 150–170 С (HRC 60–63).