Инструментальные стали и сплавы, маркировка, свойства и область применения
Инструментальные стали и сплавы имеют более узкую область применения по сравнению с конструкционными, они также должны обладать целым комплексом механических свойств, в том числе, высокой износостойкостью при нормальных и повышенных температурах. Инструментальные стали и сплавы принято классифицировать по составу:
1. Углеродистые стали по ГОСТ 1435-99 выпускаются только качественными и высококачественными; обладают небольшой прокаливаемостью и теплостойкостью (до 200 оС); маркируются буквой У, после которой идет цифра, указывающая на среднее содержание углерода в десятых долях процента (У7; У7А, У8, …У13А).
Некоторые марки содержат повышенное (до 0,8…1,1 %) содержание марганца, например, У13ГА – сталь инструментальная, углеродистая, высококачественная, содержащая 1,3 % С, с повышенным содержанием марганца.
Из сталей У7–У9 изготавливают топоры, зубила, молотки, отвертки, плоскогубцы и др. слесарно-монтажные инструменты, подвергаемые ударам; из сталей У10–У12 – инструменты для обработки дерева, ручные метчики, мелкие штампы и прессформы; из У13 – слесарные шаберы, напильники, режущие хирургические инструменты.
Указанные стали для придания прочности, твердости и износостойкости обычно подвергаются закалке и низкому отпуску.
2. Легированные стали по ГОСТ 5950-2000 обладают повышенной прокаливаемостью и теплостойкостью до 260 оС; содержат хром, вольфрам, кремний и др. элементы (13Х, ХВГ, 9ХС, В2Ф, 5ХНМ, Х12М, Х6ВФ и т. д.); применяются для изготовления ручных сверл, разверток, ножовочных полотен, штампов. Их марка начинается с цифры, указывающей на содержание углерода в десятых долях процента (если цифра вначале отсутствует, то содержание углерода около 1 %). Например, Х – сталь инструментальная, низколегированная, качественная, содержащая примерно 1 % С и до 1,5 % Сr.
3. Быстрорежущие стали по ГОСТ 19265-73 обладают очень высокой прокаливаемостью (закаливаются на воздухе) и теплостойкостью до 650 оС; содержат вольфрам, хром, ванадий и молибден (Р18, Р12Ф3, Р9, Р6М5 и т. п.); применяются для изготовления резцов, фрез, сверл, разверток, метчиков, плашек, машинных ножовочных полотен. Их маркировка обычно начинается с буквы Р, а дальше идет цифра, указывающая на содержание вольфрама в процентах; например, Р9М4К8 – сталь быстрорежущая, высоколегированная, качественная, содержащая около 1 % С, 9 % W, 4 % Mo, 8 % Co и др. элементы.
4. Твердые сплавы по ГОСТ 3882-74 обладают теплостойкостью до 800…1000 оС; заготовки из них изготавливаются литьем или методом порошковой металлургии (путем спекания порошков тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала с металлическим кобальтом, выполняющим роль связки). Из твердых сплавов обычно изготавливают пластинки, которые припаивают или привинчивают на режущие части инструмента (сверла, резцы, фрезы).
В зависимости от состава твердые сплавы подразделяются на три группы:
- вольфрамовые (ВК3, ВК8, ВК25 и др.) предназначены для чернового и чистового точения и фрезерования, для изготовления мелких штампов и вставок для волочильных досок; например, ВК8 содержит 8 % Со и 92 % WС;
- титановольфрамовые (Т30К4, Т15К6 и др.) предназначены для высокопроизводительной обработки сталей и сплавов; например, Т15К6 содержит 15 % TiС, 6 % Со и 79 % WС;
- титанотанталовольфрамовые (ТТ7К12, ТТ20К9 и др.) применяются в наиболее тяжелых условиях резания (черновая обработка отливок, поковок и т. п.); например, ТT7К12 содержит 7 % (Ti, Ta)C, 12 % Со и 81 % WС.
5. Сверхтвердые материалы. Наибольшей твердостью обладают синтетические и природные алмазы, которые примерно в 6 раз превосходят по твердости карбид вольфрама. Однако алмаз теплостоек только до температуры 800 оС и вступает в химическое взаимодействие с железом; поэтому алмазный инструмент целесообразно применять при чистовой обработке цветных металлов, керамики и твердых сортов пластмасс, например, стеклопластиков.
При обработке сталей и чугунов более эффективно использовать инструмент с рабочей частью из поликристаллического нитрида бора (торговые названия – «эльбор», «белбор» и др.), который теплостоек вплоть до 1200 оС. Таким инструментом на токарных станках можно производить чистовую обработку закаленной стали, отказавшись от более дорогостоящей шлифовки.