Инструментальные стали

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования. Основные свойства, которыми должны обладать инструментальны стали: износостойкость, прочность при удовлетворительной вязкости, теплостойкость, прокаливаемость и хорошая обрабатываемость давлением и резанием.

Стали для режущего инструмента.

По теплостойкости материалы, применяемые для изготовления режущего инструмента, делятся на следующие группы:

1. Углеродистые стали с пониженной прокаливаемостью и теплостойкостью до 200^О С (ГОСТ1435-85).

2. Легированные стали повышенной прокаливаемости с теплостойкостью до 300^О С.(ГОСТ5950-73).

3. Быстрорежущие стали с теплостойкостью до 600^О С.(ГОСТ19265-73).

4. Твердые сплавы с теплостойкостью до 1000^О С (ГОСТ3882-74).

5. Сверхтвердые материалы с теплостойкостью до 1200^О С.

Углеродистые инструментальные стали.

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ1435-99) маркируются буквой У и цифрой, показывающей среднее содержание углерода в десятых долях. Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная. Всего применяется 7 марок углеродистых сталей У7, У8, …..У13. Из-за низкой прокаливаемости (10-12 мм) углеродистые стали пригодны для инструмента сечением до 25 мм. С увеличением количества углерода в стали вязкость падает, а твердость (из-за увеличения количества цементита) растет. Поэтому инструмент, испытывающий ударные нагрузки, изготавливается из сталей У7, У8, У9 при HRC = 48 – 55, а режущий инструмент, не испытывающий ударных нагрузок из стали У10, У11, У12, У13 при HRC = 62 – 64.

Таблица 4.1 Применение углеродистой инструментальной стали (ГОСТ1435-99).

№ п.п.	Марка	Назначение
1.	У7, У8	Инструмент для обработки дерева: топоры, стамески, долота, молотки, кувалды, отвертки, плоскогубцы, фрезы, пилы дисковые и другие аналогичные детали..
2.	У9, У10	Калибры, инсИнструмент для обработки дерева: пилы, сверла, напильники, шабенапильники, шаберы и другие аналогичные детали.
3.	У11, У12	Штампы для холодной штамповки, метчики, шаберы, напильники, штемпели, колибры и другие детали.
	У13	Ножи, хирургический инструмент, лезвия, напильники, шаберы, гравировальный инструмент.

Легированные инструментальные стали.

Легированные инструментальные стали (ГОСТ5950-73) содержат до 5 % легирующих элементов, и относятся к доэвтектоидным сталям перлитного класса. Легирование производится Cr, Mn,. Si, W для повышения прокаливаемости, закаливаемости, уменьшения трещинообразования при термообработке. Стали подвергаются неполной закалке с температуры 30-50^о С выше АС₃ и низкому отпуску, что обеспечивает структуру мартенсит отпуска и избыточные карбиды и твердость HRC 62-69. Стали обладают высокой износостойкостью, но низкой теплостойкостью, поэтому применяется для инструмента, работающего при небольших скоростях резания.

Сталь маркируется цифрами и буквами. Если впереди цифры нет, то углерода около 1 %. Если цифра есть, то это содержание углерода в десятых долях:Сталь 9Хсодержит С=0,9 %, Х=1 %, остальные буквы и цифры обозеачают содержание элементов как у легированных сталей.(таблица 4.2)

Таблица 4.2

Применение инструментальной легированной стали (ГОСТ5950-73).

№ п/п	Марка	Назначение
	7ХФ, 8ХФ	Топоры, зубила, ленточные и круглые пилы, обрезные матрицы, ножи, кернеры, резцы.
	11ХФ, 13Х	Метчики, калибры, хирургический инструмент, шаберы, гравировальный инструмент.
	ХВ4	Прошивные пуансоны, резцы для чистовой обработки, фрезы для обработки твердых металлов.
	В2Ф	Ленточные пилы по металлу, ножовочные полотна и другие аналогичные детали.
	9Х	Прокатные валки холодной прокатки, клейма, пробойники, матрицы и пуансоны.
	Х	Зубила, кулачки, калибры, резцы всех видов,(токарные, строгальные, долбежные).
	9ХС	Сверла, развертки, метчики, плашки, клейма, фрезы и другие аналогичные детали. .
	12Х	Мерительный инструмент: калибры, шаблоны, концевые меры.
	ХВГ	Ножи, калибры, плашки, протяжки, точные штампы, сверла, фрезы, развертки.

Быстрорежущие стали.

Быстрорежущими сталями называются высоколегированные инструментальные стали, обладающие высокой теплостойкостью (до 650^о С) .Быстрорежущие стали позволяют увеличить скорость резания в 2-4 раза («быстро резать») и повысить стойкость инструмента в 10-30 раз. Твердость быстрорежущих сталей достигает HRC 65-66. Такие свойства достигаются легированием, в основном, W, а также Mo, Co, V, и соответствующей термической обработкой: закалкой с температуры ~1280^о С и трехкратным отпуском при температуре 550-570^о С.

Быстрорежущие стали (ГОСТ19265-73) маркируются буквой Р(рапид-быстрый,быстрорежущий), цифра после которой указывает содержание в процентах вольфрама – основного легирующего элемента. Содержание углерода (~1 %), ванадия (до 2 %) и хрома (до 4 %) в маркировке не указывается. Mo, Co, V маркируется как обычно. Например, Р6М5 содержит С =0,9 %, Cr = 4 % , W = 6 %, Mo = 5 %, V = 2 % .

Быстрорежущие стали по эксплуатационным свойствам делятся на две группы: нормальной производительности (Р18, Р12, Р9, Р9Ф5, Р6М3, Р6М5) и повышенной производительности (Р6М5К5, Р9М4К8, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2). Отличие состоит в присутствии кобальта, который способствует повышению теплостойкости до 650^оС. Стали второй группы предназначены для обработки высокопрочных, коррозионностойких, жаропрочных сталей с аустенитной структурой.

Таблица 4.3

Применение быстрорежущих сталей.

.

№ п/п	Марка	Назначение
1.	Р18, Р12, Р9.	Для всех видов режущего инструмента, при обработке обычных конструкционных сталей.
2.	Р6М3, Р6М5.	Для инструмента небольших сечений, работающего с ударными нагрузками при обработке обычных конструкционных сталей.
3.	Р18Ф2.	Для инструмента, применяемого при обработке материала повышенной твердости и вязкости.
4.	Р6М5К5, Р9К10	Для инструмента, применяемого при обработке нержавеющих, жаропрочных, высокопрочных сталей и сплавов с повышенной твердостью и вязкостью.

Твердые сплавы.

Твердые спеченые сплавы типа ВК, ТК, ТТК (ГОСТ3882-74) представляют собой сплавы, состоящие из карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC),связанных кобальтом. Получают твёрдые сплавы методом порошковой металлургии. Теплостойкость таких сплавов достигает 1000^оС, а твердость НRC 74-76, что обеспечивает высокую износостойкость. По эксплуатационным свойствам твердые сплавы превосходят инструменты из быстрорежущих сталей и применяются для резания с высокими скоростями. Увеличение в сплаве кобальта снижает твердость, но повышает прочность и вязкость, поэтому сплавы с высоким содержанием кобальта применяются для черновой обработки металлов там, где резцы работают с ударом. С увеличением содержания карбидов возрастает твердость и хрупкость сплава, поэтому такие сплавы применяются для чистовой обработки при безударной работе резца.

В зависимости от состава карбидной основы твердые сплавы делятся на три группы:

- Вольфрамовая группа состоит из сплавов системы карбид вольфрама-кобальт. Маркируется буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта. Теплостойкость сплавов ВК-800^оС;

-Титановольфрамовая группа состоит из сплавов системы карбиды вольфрама – карбиды титана-кобальт. Маркируются буквами Т, К и цифрами после них, показывающими содержание в процентах карбидов титана и содержание кобальта, остальное – карбиды вольфрама. Теплостойкость сплавов ТК – 1000^о С, твердость выше, чем у сплавов ВК;

-Титанотанталовольфрамовая группа образует сплавы системы TiC-TaC-WC-Co. Цифры в марке после букв ТТ показывает суммарное содержание карбидов титана и тантала, а цифра после буквы К- содержание кобальта. Например, ТТ7К12 состоит из 4% карбидов титана, 3% карбидов тантала, 12%кобальта и 81% карбидов вольфрама.

Сплавы ТТК отличаются от ВК и ТК большей прочностью, лучшей сопротивляемостью вибрациям и выкрашиванию, поэтому применяются для черновой обработки слитков, поковок, отливок.

Таблица 4.4

№пп	Марка	Назначение
1.	ВК3	Инструмент для чистового точения, резки листового стекла.
2.	ВК8	Инструмент для чернового точения, волочения и калибровки труб, бурения.
3.	ВК25	Штамповый инструмент для горячей штамповки, для быстроизнашивающихся деталей машин.
4.	Т30К4	Режущий инструмент для чистового точения и нарезания резьб.
5.	Т5К12В	Режущий инструмент для точения по корке, всех видов строгания, сверления отверстий.
6.	ТТ10К8Б	Режущий инструмент для обработки труднообрабатываемых материалов.

Применение твердых сплавов (ГОСТ3882-74). .

4.1.5 Сверхтвердые материалы.

К сверхтвердым материалам относятся алмаз (НV=100.000, что в 8 раз превосходит твердость быстрорежущей стали HV =13000 ), и кубический нитрид бора (КНБ-эльбор, боразон). Теплостойкость алмаза 800^оС, к тому же он растворяется в железе и для обработки сталей и чугунов не применяется. КНБ имеет твердость HV=90000, но теплостойкость его 1200^оС, поэтому эльбор применяется для высокоскоростной обработки закаленных, цементованных и труднообрабатываемых сталей, часто заменяя шлифование - точением, что повышает производительность в 3 раза.