Углеродистые и легированные инструментальные стали

Стали для режущего инструмента

Общие положения

Инструментальные стали

 

Инструментальные стали и сплавы применяют для изготовления разнообразного инструмента и в зависимости от назначения подразделяются на:

- стали для режущего инструмента;

- стали для измерительного инструмента;

- штамповые стали.

Особую группу инструментальных материалов составляют порошковые твердые сплавы.

Основным требованием к сталям для режущего инструмента является сохранение в течение длительного времени режущей кромки, которая в процессе работы изнашивается и тупится. Для выполнения этого требования инструментальная сталь должна иметь высокую твердость, как правило, более 60 НRC.

Инструмент работает в условиях значительных удельных давлений и для обеспечения его работоспособности необходима высокая прочность материала.

При больших скоростях резания в результате превращения механической энергии в тепловую происходит нагрев до высоких температур и происходящее при этом снижение твердости режущей кромки. Таким образом, следующим важным требованием является способность инструментальной стали сохранять свою твердость при длительном нагреве (красностойкость).

Условия работы измерительного инструмента соответствуют условиям работы режущего инструмента при легких режимах резки. Стали этого назначения должны иметь высокую твердость, износостойкость и хранить постоянство формы размеров на протяжении всего срока эксплуатации. Кроме того, они должны иметь высокую обрабатываемость резанием для получения высокого класса чистоты поверхности и обеспечивать незначительные деформации при термической обработке.

Штамповые стали подвергаются значительным ударным и тепловым нагрузкам и поэтому большую роль играют свойства, которые характеризуют способность материала оказывать сопротивление образованию трещин и разрушению под действием таких нагрузок.

 

 

Для режущих инструментов используют нетеплостойкие углеродистые и легированные стали и теплостойкие быстрорежущие стали.

Из нетеплостойких углеродистых сталей изготовляют деревообрабатывающий инструмент, ножовочные полотна, напильники, зубила, метчики, плашки и другой слесарный инструмент, который при использовании разогревается не выше 100-150°С.

Стали марок У7, У8, У9 применяют для изготовления инструмента, испытывающего при работе ударные нагрузки и требующего повышенной вязкости (зубила, клейма по металлу, деревообрабатывающий инструмент). Стали марок У10, У11, У12, У13 используют для инструмента, который при работе не испытывает толчков, ударов и должен обладать высокой твердостью (напильники, хирургический инструмент и др.).

Углеродистые инструментальные стали хорошо обрабатываются резанием и подвергаются пластической деформации, имеют относительно низкую температуру закалки (выше А₁ на +20...30°С), что уменьшает опасность получения обезуглероженного слоя на поверхности инструмента. Основной недостаток углеродистых сталей – необходимость использования воды при закалке, что увеличивает деформации и вероятность получения трещин. Для углеродистых сталей необходимо строгое соблюдение температур нагрева под закалку для предотвращения роста зерна, к чему особенно чувствительны эвтектоидные стали.

Твердость инструментов, которые работают без ударных нагрузок, составляет 60...63 HRC, что достигается низким отпуском (160-180°С) после закалки. Инструменты, от которых требуется повышенная вязкость, отпускают при более высокой температуре (250…300°С) на твердость 52…57 НRС.

Стали с повышенным количеством легирующих элементов (Х, ХВГ, 11ХФ) при закалке охлаждаются в масле, имеют большое количество остаточного аустенита и меньше деформируются, что важно для инструментов, имеющих сложную конфигурацию. Кремний в инструментальных сталях повышает прокаливаемость и стойкость против отпуска. Стали с кремнием (9ХС) содержат мало остаточного аустенита и менее чувствительны к перегреву. Но стали с кремнием более чувствительны к появлению обезуглероженного слоя на поверхности инструмента при термической обработке, плохо обрабатываются резанием и деформируются из-за упрочнения феррита кремнием.

Вольфрамовые стали В2Ф и ХВ4 после закалки в водных растворах имеют высокую твердость до 65 НRC и применяются для пил по металлу и граверных инструментов.

Теплостойкость углеродистых инструментальных сталей не превышает 200^оС, а легированные стали сохраняют свою твердость при нагреве до 300…350^оС. Допустимые скорости резания для этих сталей составляют 10…15 м/мин.