Визначення твердості металевих зразків

Мета роботи:

Ознайомитись з методами визначення твердості металу; визначити твердість зразків за допомогою різних приладів. Порівняти твердість зразків, підданих різній термічній обробці.

Загальні відомості

Твердістю називають здатність металу чинити опір проникненню в нього іншого, твердішого тіла. Твердість пов’язана відповідними співвідношеннями з міцністю, зносостійкістю, ріжучими властивостями металу і т. ін. Тому складні і такі, що вимагають великого часу дослідження на розтягування, спрацювання і т. ін., замінюють часто на дослідження на твердість, які значно дешевші і можуть бути швидко виконані.

Частіш за все для визначення твердості використовують вдавлювання індентора за методами Брінелля, Роквелла і Віккерса.

Рис. 1.1. Схема визначення твердості: а) за Брінеллем; б) за Роквеллом;

в) за Віккерсом.

Дослідження на твердість може виконуватись безпосередньо на деталі без її руйнування. Тому воно широко застосовується не тільки для вивчення властивостей металу, але і як метод контролю якості металу в деталях.

Метод Брінелля. За методом Брінелля (рис.1.1, а) твердість визначають на спеціальному приладі, вдавлюючи у випробуваний зразок стальну кульку діаметром 2,5, 5 або 10 мм під навантаженням до 30 кН (3000 кгс). В результаті на поверхні зразка утворюється відбиток у формі сегмента. Число твердості за Брінеллем позначають НВ і визначають по діаметру відбитка за формулою:

, МПа

де D – діаметр кульки, мм;

P – величина навантаження на кульку, кгс;

d – діаметр відбитка, мм.

Визначення чисел твердості по Брінеллю можна зробити по табл. 1.1 в залежності від діаметра відбитка.

Вибір діаметра кульки вибирається також з довідникової таблиці.

Діаметр кульки, зусилля і тривалість навантаження вибирають згідно ГОСТ 9012-59 в залежності від твердості і товщини зразка, як це показано в табл. 1.1.

Таблиця 1.1

Вибір параметрів визначення твердості

Матеріал зразка	Границі вимірювання в одиницях твердості за Брінеллем	Максимальна товщина, мм	Співвідношення між навантаженням і діаметром кульки	Діаметр кульки, мм	Зусилля навантаження Р, кгс	Витримка під навантажен-ням, сек.
Чорні метали	1400-4500	6-3	Р=300	10,0
4-2	5,0
	2,5
		Р=100	10,0
6-3	5,0
	2,5	62,5
Кольорові метали		6-3	Р=300	10,0
4-2	5,0
	2,5	167,5
350-1300	9-3	Р=100	10,0
6-3	5,0
	2,5	167,5
80-350		Р=25	10,0
6-3	5,0
	2,5	167,5

Метод Роквелла. За методом Роквелла (рис. 1.1, б) твердість визначають вдавлюванням у випробуваний зразок алмазного конуса з кутом при вершині 120^о або сталеву кульку діаметром 1,5 мм. Алмазний конус застосовують для випробування дуже твердих матеріалів, а сталеву кульку – для сплавів кольорових металів або незагартованих сталей.

Число твердості підраховують безпосередньо за шкалою індикатора приладу.

За Роквеллом твердість вимірюється в умовних одиницях і позначається символом HR з доданням назви шкали, яка визначає умови випробування:

- HRA – алмазними конусом з зусиллям 600 Н (60 кгс);

- HRC – алмазним конусом з зусиллям 1500 Н (150 кгс);

- HRB – сталевою кулькою з зусиллям 1000 Н (100 кгс).

Шкали А і С використовуються при випробуванні дуже твердих матеріалів, шкала В – для м’яких металів.

При визначенні твердості за Віккерсом (рис. 1.1, в) в якості вдавлюваного наконечника використовуються чотиригранну піраміду з кутом при вершині 136^о (рис. 1.1, в). Твердість за Віккерсом позначається символом HV, наприклад, HV500.

Твердість за Віккерсом визначається так, як і твердість за Брінеллем – відношенням навантаження Р, Н до поверхні отриманого відбитку F, мм²:

де α – кут при вершині піраміди;

d – середнє арифметичне довжини обох діагоналей відбитку, мм.

Числа твердості за Віккерсом і Бринеллем для металів твердістю до НВ4500 практично співпадають. Можливість застосування на приладі Віккерса малих навантажень (50, 100 Н) дозволяє визначати твердість деталей малої товщини або тонких поверхневих шарів (напр., цементованих, азотованих та ін.).

Особливості випробування на мікротвердість

Випробування на мікротвердість виконують вдавлюванням в досліджуваний зразок, як і на приладі Віккерса, чотиригранної алмазної піраміди з кутом при вершині 136^о. Відмінною особливістю випробування на мікротвердість є застосування малих навантажень – від 0,05 до 5 Н (Н ≈ 1 кгс); тому цей метод знаходить застосування при дослідженні таких зразків і деталей, які не можуть бути випробувані раніше описаними методами, а саме: дрібних деталей приладів, тонких напівфабрикатів (стрічок, фольги, дроту), гальванічних покриттів, поверхневих шарів, що змінили свої властивості внаслідок обробки різанням, тиском, тертям і т. ін.

Обладнання і матеріали

Для виконання роботи необхідні:

- прилади Роквелла та Брінелля;

- набір зразків для вимірювання твердості (латунь, дюралюміній, сталь відпалена та гартована, бронза);

- штангенциркуль – для вимірювання товщини зразків;

- лупа – для вимірювання відбитків на зразках.

Порядок виконання роботи

1. Вибрати зразки з різних матеріалів для вимірювання їх твердості.

2. Підготувати відповідні прилади.

3. Зміряти штангенциркулем товщину зразків.

4. Встановити необхідну величину навантаження.

5. Здійснити вимірювання твердості:

- твердість за Роквеллом визначити за середнім значенням трьох вимірювань;

- твердість за Брінеллем визначити, користуючись формулою 1.1 і знайти значення, користуючись табл. 1.4.

- в табл. 1.5 наведено співвідношення значень твердості за Брінеллем і Роквеллом.

Зміст звіту з лабораторної роботи

1. Назва роботи.

2. Мета роботи.

3. Опис методів Брінелля і Роквелла.

4. Вимірювання твердості зразків: результати вимірювання занести до табл. 1.2 і 1.3.

5. Подати письмово відповіді на контрольні запитання.

6. Зробити висновки по проведеним дослідженням.

7. Виконати домашнє завдання.

Таблиця 1.2.

Результати вимірювання твердості на приладі Брінелля

№№ зразків	Матеріал, вид обробки	Навантаж. Р, кгс	Діаметр відбитку	Число твердості, НВ
d1	d2	d3	за формулою	за таблицею

Таблиця 1.3.

Результати вимірювання на приладі Роквелла

№№ зразків	Матеріал, вид обробки	Навантаження Р, кгс	Шкала	Показники індикатора
окремі вимірювання	середнє значення

Таблиця 1.4.

Визначення чисел твердості за Брінеллем

Діаметр відбитку: d10, 2d5, 4d2,5, мм	Число твердості НВ, при навантаженні Р	Діаметр відбитку: d10, 2d5, 4d2,5, мм	Число твердості НВ, при навантаженні Р
300 D2	100 D2	25 D2	300 D2	100 D2	25 D2
2,90		-	-	3,40
2,95		-	-	3,45
3,00		-		3,50
Закінчення табл.1.4
3,05		-		3,55
3,10				3,60
3,15				3,65
3,20				3,70
3,25				3,75
3,30				3,80
3,35				3,85

Примітки: 1. Інші дані до таблиці брати з довідників.

2. Розмірність твердості наведена в МПа. Діаметри відбитків наведені для кульки діаметром 10 мм.

3. При визначенні числа твердості при випробуванні кулькою діаметром 5 мм діаметр відбитка треба помножити на 2, а кулькою 2,5 мм – на 4.

Таблиця 1.5.

Співвідношення твердості за Роквеллом і за Брінеллем.

Діаметр відбитка, мм	Твердість за Брінеллем, НВ	Твердість за Роквеллом	Діаметр відбитка, мм	Твердість за Брінеллем, НВ	Твердість за Роквеллом
HRC	HRB	HRA	HRC	HRB	HRA
2,2			-		3,2			-
2,3			-		3,3			-
2,4			-		3,4			-
2,5			-		3,5			-
2,6			-		3,6			-
2,7			-		3,7			-
2,8			-		3,8			-
2,9			-		3,9
3,0			-		4,0
3,1			-		4,1

Примітки: 1. Інші дані до таблиці брати з довідників.

2. Діаметр кульки 10 мм.

3. Величина навантаження – 30000 Н.

4. Розмірність твердості в кгс/мм².

Контрольні запитання:

1. Яка механічна операція відбувається у всіх випадках визначення твердості матеріалів (по Брінеллю, Роквеллу, Віккерсу)?

2. Які переваги і які недоліки мають вивчені способи визначення твердості (по Брінеллю, Роквеллу, Віккерсу)?

3. Чи існує зв’язок між міцністю і твердістю і в якому вигляді?

Домашнє завдання

Виконати за додатком домашнє завдання №1 та №2. Виконується письмово, після звіту про лабораторну роботу.

Лабораторна робота № 2

Вивчення діаграми стану сплаву „залізо-вуглець”

Мета роботи:

1. Вивчити принципи побудови діаграми „залізо-вуглець”.

2. Ознайомитись з основними поняттями стосовно діаграми і видами структур.

3. Ознайомитись з характером перетворень в сплавах з різним вмістом вуглецю в процесі нагрівання або охолодження.

4. З’ясувати практичне значення діаграми.

Загальні поняття

Більшість технологічних задач можна вирішити вірно, знаючи які перетворення відбуваються в сплаві при нагріванні і охолодженні. При вирішенні цих задач користуються діаграмами стану сплаву.

Діаграма стану сплаву являє собою графічне зображення перетворень в сплаві, які відбуваються в залежності від температур і процентного вмісту компонентів, що утворюють сплав.

Діаграма стану сплаву будується на підставі кривих охолодження, отримуваних шляхом лабораторних досліджень.

Яскравим прикладом діаграми стану подвійного сплаву єдіаграма залізовуглецевих сплавів. При розгляді цієї діаграми слід звернути увагу, що максимально можливий вміст вуглецю в цих сплавах ≈6,67%, коли сплав утворює сполуку Fe₃C, яка називається цементит. Оскільки при побудові подвійної діаграми передбачається при побудові сітки координат наявність зліва 100% одного компоненту, а справа – другого, то у випадку залізовуглецевих сплавів передбачається зліва 100% заліза, а справа – 100% Fe₃C. Тому така діаграма носить назву діаграми стану "залізо-цементит". Для зручності по осі абсцис нанесена і зміна процентного вмісту вуглецю. Спрощена діаграма стану Fe–Fe₃C зображена на рис. 2.1.

В цій діаграмі розглядаються процеси кристалізації залізовуглецевих сплавів і перетворень в них при повільному охолодженні від рідкого розплаву до кімнатної температури. на лівій ординаті нанесено критичні точки для чистого заліза, на правій – властиві цементиту.

Діаграма показує фазовий склад і структуру сплавів з концентрацією від чистого заліза до цементиту. Сплави з вмістом вуглецю до 2,14 % називаються сталями, більше 2,14 % - чавунами.

Первинна кристалізація відбувається по лінії АСD. Ця лінія називається лінією ліквідус. Вище цієї лінії сплав знаходиться в рідкому стані.

Лінія АЕСF – називається лінією солідус. Нижче цієї лінії сплав знаходиться в твердому стані.

Рис. 2.1. діаграма стану сплаву "залізо-цементит": А – аустеніт, Ф – ферит, П – перліт, Л – ледебурит, Ц – цементит, Р – рідкий стан.

Вторинна кристалізація (перетворення в твердому стані) відбувається при температурах, які відповідають лініям GSE, PSK, GPQ.

В залежності від температури і концентрації вуглецю сплави мають такі структурні складові:

- ферит– твердий розчин вуглецю в α-залізі. Ферит має незначну твердість (НВ 80-100) і міцність (σ_в= 250 МПа), але високу пластичність (δ = 50%). Найбільша розчинність вуглецю в Fe_α (0,02%) при Т=727⁰С.

- аустеніт – твердий розчин вуглецю в γ-залізі. Гранична розчинність вуглецю в Fe_γ 2,14 % при температурі 1147⁰С. Нижня межа існування аустеніту 727⁰С при вмісті вуглецю 0,8 %. твердість аустеніту НВ 160-200, він має високу пластичність (δ=40-50%).

- перліт- механічна суміш фериту і цементиту, що вміщує 0,8% вуглецю. Перліт може бути пластинчастої форми і зернистим. Механічні характеристики перліту: σ_в = 800 МПа, δ=15%, НВ 160.

- цементит – хімічна сполука Fe₃C, в ньому 6,67% вуглецю, температура плавлення цементиту близько 1600⁰С, дуже твердий (НВ 800), крихкий і практично не пластичний. Цементит нестійкий і за відповідних умов розпадається, виділяючи вільний вуглець у вигляді графіту за реакцією Fe₃C→3Fe+C.

- ледебурит – механічна суміш аустеніту і цементиту з вмістом вуглецю 4,3%.

Перетворення з рідкого стану в твердий (первинна кристалізація)

Як вказувалось раніше, вище лінії АСD сплави системи знаходяться в рідкому стані (Р).

По лінії АС з рідкого розчину починають випадати кристалі твердого розчину – аустеніту. В області АСЕ сплав знаходиться в проміжному стані: в ній будуть знаходитись суміш двох фаз – рідини і кристалів аустеніту.

По лінії СD з рідкого розчину починається випадання кристалів цементиту. В області CFD відповідно будуть знаходитись рідка фаза і тверді кристалі цементиту. В точці С при вмісті вуглецю 4,3 % і температурі 1147^оС відбувається одночасно кристалізація аустеніту і цементиту, утворюючи тонку механічну суміш – евтектику, що називається в цій системі ледебуритом. Ледебурит присутній у всіх сплавах, що містять вуглецю від 2,14 до 6,67 %. Ці сплави належать до групи чавунів.

Чавуни з вмістом вуглецю 4,3 % називають евтектичним, з вмістом вугелцю від 2,14 до 4,3 % – доевтектичним, а від 4,3 % і більше – заевтектичним.

Перетворення в твердому стані (вторинна кристалізація)

Перетворення в твердому стані відбуваються нижче лінії солідус АЕСF Лінії PSK, GSE, OPG свідчать про те, що в сплавах системи в твердому стані відбуваються якісь зміни структури.

Перетворення в твердому стані відбуваються внаслідок переходу заліза з однієї модифікації в іншу, а також в зв’язку зі зміною розчинуваності вуглецю в залізі. Ці перетворення відбуваються при відповідних змінах температур. В області AGSE знаходиться аустеніт. При охолодженні аустеніт по лінії GS розпадається з виділенням фериту, а по лінії SЕ – цементиту. Цей цементит, який випадає з твердого розчину, називається вторинним (Ц_ІІ) на відміну від цементиту первинного (Ц_І), що випадає з рідкого розчину по лінії СD. В області діаграми GSР знаходиться суміш двох твердих фаз – фериту і аустеніту, а в області SE_еІ – суміш вторинного цементиту і аустеніту (що розпадається).

Особливою на діаграмі є точка S. В ній при вмісті вуглецю 0,8 % і при температурі 727^оС весь аустеніт розпадається, одночасно кристалізуючись з утворенням тонкої механічної суміші фериту і цементиту – евтектоїд, що називається в цій системі перлітом. Сталь з вмістом вуглецю 0,8 % називається евтектоїдною, менше 0,8 % С – заевтектоїдною, а від 0,8 до 2,14 % С – заевтектоїдною.

По лінії PSK відбувається розпад аустеніту, що залишився в будь-якому сплаві системи, з утворенням перліту; тому ця лінія ще називається лінією перлітного (евтектоїдного) перетворення.

При порівнянні між собою перетворень в точках С і S діаграми можна зробити такі висновки:

1. Вище точки С знаходиться рідкий розчин, а вище точки S – твердий розчин (аустеніт).

2. В точці С сходяться криві АС і СD, що вказують на початок виділення кристалів з рідкого розчину (первинна кристалізація); в точці S сходяться лінії GS та ЕS, які свідчать про початок виділення кристалів з твердого розчину аустеніту (вторинна кристалізація).

3. В точці С рідкий розчин кристалізується з утворенням евтектики - ледебурита, а в точці S твердий розчин перекристалізується з утворенням евтектоїду – перліту.

4. На рівні точки С лежить пряма EF евтектичного (ледебуритного) перетворення; на рівні точки S – пряма РК евтектоїдного (перлітного) перетворення.

Забезпечуючі матеріали

Для виконання лабораторної роботи студентами видається інструкція, в якій наведено діаграму Fe–Fe₃C, або пропонується плакат з такою ж діаграмою. Для користування видаються методичні вказівки до розділу „Матеріалознавство” і підручники „Прикладне матеріалознавство”.

Порядок виконання роботи та склад звіту

Студенти знайомляться з основними теоретичними положеннями до теми, знайомляться з структурою діаграми, роблять відповідні записи і рисунок діаграми Fe–C і дають відповіді на контрольні запитання та виконують домашнє завдання.

Контрольні запитання

1. Чому на діаграмі «залізо-вуглець» максимальна кількість вуглецю становить 6,67%?

2. Яке значення мають критичні точки на діаграмі «залізо-вуглець»: A₁ (PSK), A₂ (768 C), A₃ (GS), A₄ (1392 C), A_ст (SE).

3. Якими структурами та властивостями характеризуються евтектичні та евтектоїдні суміші?

4. Яка різниця між евтектоїдною точкою (S) та евтектичною (C)?

Домашнє завдання

За додатком виконати домашнє завдання №3 та №4. Завдання виконується письмово після складання звіту про лабораторну роботу.

Лабораторна робота № 3

Класифікація сталей

Мета роботи:

Ознайомитись з основними положеннями класифікації та маркірування сталей. Вибрати матеріал для конкретного виробу.

Загальні відомості

Сталі, які застосовуються в промисловості, поділяють по хімічному складу, призначенню, якості, ступеню розкислення, структурі й іншим ознакам.

По хімічному складу сталі підрозділяють на вуглецеві та леговані.

Вуглецеві сталі - сплави заліза з вуглецем (при вмісті вуглецю до 2,14 %), у яких утримуються постійні домішки марганцю, кремнію, сірки і фосфору. Зі збільшенням вмісту вуглецю твердість, міцність і пружність сталі підвищується. Але пластичність, в'язкість, оброблюваність і зварюваність знижуються.

Розрізняють низьковуглецеві (до 0,25%С), середньовуглецеві (від 0,25 до про,6%С) і високовуглецеві (понад 0,6 %) сталі.

Кремній (до 0,5%) і марганець (до 0,75 %) не роблять істотного впливу на властивості сталі. Сірка викликає червоноламкість, тобто крихкість сталі при високих температурах, а фосфор - холодноламкість, тобто крихкість сталі при знижених температурах. Крім того, сірка знижує пластичність і міцність сталі, корозійну стійкість і зносостійкість.

Леговані сталі – сплави заліза і вуглецю, у які введені спеціальні добавки (легуючі елементи) для придання сталям певних властивостей; наприклад, хром марганець, нікель, титан, молібден, вольфрам, кобальт, ніобій, ванадій, алюміній, мідь і інші елементи. Марганець (при вмісті більш 1 %) і кремній (при вмісті більш 0,6 %) також є легуючими елементами.

Для позначення легуючих елементів використовуються літери: А – азот, Б – ніобій, В – вольфрам, Г – марганець, Д – мідь, Е – селен, К – кобальт, Л – берилій, М – молібден, Н – нікель, П – фосфор, Р – бор , С – кремній , Т – титан, Ф – ванадій, Х – хром, Ю – алюміній.

Легуючі елементи впливають на властивості сталі. Хром - один з основних легуючих елементів. Він підвищує міцність, твердість, корозійну стійкість сталі, а при підвищеному вмісті його робить сталь нержавіючою, жароміцною та інше. Нікель додає сталі високу міцність, пластичність корозійну стійкість і ударну в'язкість. Вольфрам збільшує твердість і червоностійкість сталі. Молібден підвищує міцність, пружність, червоностійкість, окалиностійкість і корозійну стійкість сталі. Ніобій і мідь різко поліпшують корозійну стійкість сталі.

Розрізняють низьколеговані сталі (до 5 % легуючих елементів), средньолеговані (від 5 до 10 %) і високолеговані (понад 10 %).

За призначенням сталі розділяють на конструкційні, інструментальні та спеціальні. Конструкційні сталі застосовують для виготовлення будівельних конструкцій, деталей машин і механізмів, корпусів суднин, резервуарів і т.д. Інструментальні сталі застосовують для виготовлення інструмента, що ріже та вимірювального, штампів гарячого і холодного деформування.

В залежності від вмісту шкідливих домішок – сірки і фосфору – сталі класифікують по якості на :

- сталі звичайної якості – вміст сірки знаходиться в межах 0,04 – 0,06%; фосфору – 0,04 – 0,08%;

- сталі якісні – вміст сірки і фосфору знаходиться в межах 0,03 – 0,04%;

- сталі високоякісні – вміст шкідливих домішок менше 0,03 %.

Сталі звичайної якості, як правило, виплавляють вуглецевими і застосовують, в основному, для виробництва різних конструкцій.

За ступенем розкислення ці сталі розділяють на киплячі [кп], напівспокійні [пс], і спокійні [сп].

Вуглецеві сталі звичайної якості маркіруються буквами Ст, що означає "сталь", цифри від 0 до 6 - умовний номер марки в залежності від хімічного складу і механічних властивостей, букви кп, пс та сп після номера марки - ступінь розкислення.

Наприклад, Ст3кп2 –вуглецева сталь звичайної якості, номер марки 3, що кипить, другої категорії якості. Напівспокійна сталь з номерами 3 - 5 виплавляється також з підвищеним вмістом марганцю. У цьому випадку до позначення марки сталі після її номера ставлять букву Г: СтЗГпс, Ст5Гпс, СтЗГпс і.т.д.

Чим більше номер у марці, тим вище в ній вміст вуглецю, а, отже, твердіша і міцніша сталь.

Сталі конструкційні звичайної якості (їх ще називають "загального призначення" (табл.3.1 за додатком) широко застосовуються для виготовлення різноманітних деталей (вали, осі, черв'ячні колеса і т.д.) практично у всіх галузях машинобудування: автомобільному, тракторному, суднобудуванні та ін. Оскільки напружений стан, виникаючи в деталях різноманітних за формою, розмірами і умовами експлуатації, може сильно відрізнятися, необхідні численні марки сталей, що відрізняються вмістом вуглецю і легуючих елементів.

Якісна сталь у порівнянні зі сталлю звичайної якості містить менше сірки і фосфору, має більш високу міцність, пластичність і опір ударним навантаженням. При постачанні гарантується її хімічний склад і механічні властивості.

Конструкційна вуглецева якісна сталь випускається наступних марок 05кп, 08кп, 08, 10кп, 10пс, 10; 15кп, 15пс, 20кп, 20пс, 20; 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, 65, 60Г. Цифри позначають середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка, а букви Г – вміст марганцю близько 1%. Букви кп позначають киплячу сталь, пс – напівспокійну, відсутність букв – спокійну.

Конструкційні леговані сталі позначають буквами і цифрами. Букви, що входять в марку сталі означають легуючі елементи, а цифри - вміст даного елемента у відсотках. Якщо цифр за буквою немає - значить даного елементу міститься близько 1%. Цифри, що стоять перед маркою, указують вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Наприклад, 20ХН2 – хромонікелева сталь, містить 0,20% вуглецю, близько 1% хрому, і до 2% нікелю, а інше – залізо й домішки.

Згідно діючих стандартів, конструкційна легована сталь поділяється на якісну, високоякісну (наприкінці марки буква А) і особливо високоякісну (наприкінці марки через тире ставиться буква Ш, що позначає – электрошлаковый переплав або інші обробки, що поліпшують якість сталі).

Наприклад, 20ХН2 - сталь якісна, 20ХНЗА–сталь високоякісна, ЗОХГС-Ш – особливо високоякісна сталь.

Конструкційні сталі поділяються на наступні групи:

1. Хромиста 15Х, 15ХА, З0ХРА, З8ХА та ін.

2. Марганцовиста 15Г, 25Г, 10Г2, 35Г2.

3. Хромомарганцева 18ХГ, 18ХГТ, 20ХГР, 25ХГТ, 35ХГФ.

4. Хромокремнієва 33ХС, 38ХС і 40ХС.

5. Хромомолібденова 15ХМ, 20ХМ, ЗОХМ, ЗОХЗ МФ.

6. Хромованадієва 15ХФ і 40ХФА.

Інструментальні - вуглецеві, леговані і швидкорізальні сталі.

Інструментальна вуглецева сталь поділяється на якісну і високоякісну.

Якісну сталь виплавляють у мартенівських печах, а високоякісну - в електричних.

Високоякісна сталь відрізняється від якісної меншим вмістом сірки і фосфору і, отже, має вищу міцність і опір ударним навантаженням. Якісна сталь містить не більш 0,03 % сірки і 0,035 % фосфору, а високоякісна не більш 0,02% сірки і 0,015 % фосфору.

Якісна інструментальна вуглецева сталь має наступні марки: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13. Буква У означає - інструментальна вуглецева сталь, а цифри – зміст вуглецю в десятих частках відсотка. Наприклад, У11 - якісна вуглецева сталь зі вмістом вуглецю 1,1%, інше – залізо, інші елементи і домішки.

Високоякісну інструментальну вуглецеву сталь позначають так само, як і якісну, але наприкінці марки ставлять букву А. Наприклад: У7А - високоякісна інструментальна вуглецева сталь з вмістом вуглецю 0,7 %.

Сталь марок У7, У7А, У8, У8А, У8М, У8ГА застосовують для виготовлення інструментів, що піддаються ударним навантаженням: зубил, кернерів, молотків, викруток, пробійників, пуансонів, матриць і т д. (буква Г означає підвищений вміст марганцю).

Сталь марок У9, У9А, У10, У10А призначена для виготовлення інструментів, що не піддаються сильним поштовхам і ударам, але потребують високої твердості (стругальні різці, калібри, фасонні штампи, розгортки і т.д.).

Зі сталі марок У11, У11А, У12, У12А – роблять особливо тверді інструменти - напилки, шабери, мітчики, фрези і т.д.

Інструментальні леговані сталі (ДСТ 5950-73) за призначенням розділяють на групи і підгрупи:

1) Сталь для ріжучого і вимірювального інструменту:

а) неглибокої прогартовуваності марок 7ХФ, 8ХФ,ЗХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13ХФ, ХВ4 і В2Ф;

б) глибокої прогартовуваності марок 9X1, Х, 12X1, 9ХС, ХГС, 9ХВГ, ХВГ, ХВСГ, 9Х5ВФ, 8Х6НФС.

2) Сталь для штампового інструменту

а) для деформування в холодному стані марок Х6ВФ, Х12, Х12ВМ, Х12ВМ, Х12М, Х12Ф1, 7ХГ2ВМ і 6Х6ВЗМФС.

б) для деформування в гарячому стані - марок 7X3, 8X3, 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНВС, 5Х1М, 4ХМФС і ін.

в) для ударного інструмента - марок 4ХС, 6ХС, 4ХВ2С, 5ХВ2С, 6ХВ2С, і 6ХВГ.

У позначенні марок одна або дві перші цифри означають середній вміст вуглецю, у десятих частках відсотка. Якщо перед маркої цифри немає – вміст вуглецю приблизно 1 %.

Особливу групу складає високолегована швидкорізальна сталь. За ДСТ 19265-73 вона випускається наступних марок: Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р6М5, Р18Ф2, Р14Ф4, Р9Ф5, Р18ДО5Ф2, Р10ДО5Ф5, Р9ДО5, Р6М5ДО5, Р9ДО10, і Р9М4ДО8. У позначенні марки сталі початкова буква Р позначає швидкорізальну сталь (Р – початкова буква слова рапід, що значить швидкий). Цифри, що стоять за нею, показують середній вміст вольфраму, основного легуючого елемента, у відсотках, інші букви і цифри, якщо вони маються – вміст позначених легуючих елементів у відсотках. У позначенні марок сталі не вказується вміст хрому (від 3 до 4,6 %), вуглецю (від 0,7 до 1,1 %) і молібдену (до 1 % включно). Наприклад, Р9Ф5 - швидкорізальна сталь містить 9% вольфраму і 5% ванадію, інше - залізо, хром, вуглець і інші домішки.

Сталь марок Р18 і Р12 служить для виготовлення усіх видів інструмента, що ріже, застосовуваного при обробці конструкційних матеріалів; сталь Р6МЗ - для виготовлення інструмента невеликих перетинів, що працює з ударними навантаженнями.