Инструментальная сталь

Инструментальная сталь — это специальный вид стали, который обладает высокой твердостью, прочностью и износостойкостью. Она используется для производства инструментов, которые применяются в металлообработке, обработке древесины, пластмасс и других материалов.

Инструментальная сталь имеет различные маркировки, которые отражают ее состав и свойства. Например, сталь марки D2 содержит высокий уровень хрома и молибдена, что делает ее особенно подходящей для производства высококачественных ножей и штампов.

Инструментальная сталь обычно подвергается специальной термической обработке, чтобы достичь необходимой твердости и прочности. Она может быть закалена и отпущена, чтобы получить желаемые свойства, а также поверхностно упрочнена, например, методом нитроцементации или закалки в вакууме.

Инструментальная сталь может быть использована для производства различных инструментов, таких как ножи, резцы, сверла, фрезы, плашки, пуансоны, матрицы и другие. Она также может использоваться для производства деталей машин, например, зубчатых колес, шестерен и пружин, которые должны быть прочными и износостойкими.

Инструментальная сталь — легированная или углеродистая сталь, обладающая высокими показателями по твердости, прочности, износостойкости и предназначенная для изготовления:

• режущих инструментов — быстрорежущие;
• измерительных инструментов — углеродистые и низколегированные;
• штампов холодного и горячего деформирования;
• деталей машин, испытывающих повышенный износ при умеренных нагрузках.

Классификация инструментальных сталей

• Сталь инструментальная нелегированная углеродистая
• Сталь инструментальная легированная.
• Сталь инструментальная валковая.
• Сталь инструментальная штамповая.
• Сталь инструментальная быстрорежущая.

По форме производства, размерам и предельным отклонениям инструментальные стали соответствует требованиям следующих ГОСТов:

• прокат стальной горячекатаный круглый — ГОСТ 2590-88;
• прокат стальной горячекатаный квадратный — ГОСТ 2591-88;
• прокат стальной горячекатаный шестигранный — ГОСТ 2879-88;
• прутки кованые квадратные и круглые — ГОСТ 1113-88;
• полосы — ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405;
• прутки, мотки калиброванные — ГОСТ 7417, ГОСТ 8559, ГОСТ 8560;
• прутки со специальной отделкой поверхности — ГОСТ 14955.

Инструментальная углеродистая сталь

Углеродистые стали применяют для изготовления режущих инструментов, работающих в условиях, не вызывающих нагрева рабочей кромки свыше 150-200 °С. Они используются также для штамповых и измерительных инструментов.

Основные достоинства углеродистых сталей — получение высокой твердости в поверхностном слое при сохранении вязкой сердцевины. Это в ряде случаев обеспечивает минимальную поводку инструмента и повышение его механических свойств; низкую твердость в отожженном состоянии НВ 1800-2000 МПа, позволяющую использовать высокопроизводительные методы изготовления инструмента (накатку, насечку); закалку с низких температур (770-820 °С); получение после закалки малых количеств остаточного аустенита, что обеспечивает им повышенное сопротивление пластической деформации; сохранение чистой поверхности при закалке вследствие охлаждения в воде, что упрощает очистку инструментов; низкую стоимость.

Вместе с тем недостатки углеродистых сталей существенно ограничивают область их применения: вследствие низкой теплостойкости — способности сохранять твердость лишь при нагреве до температур, не превышающих 170-200 °С. Меньшая прочность по сравнению с быстрорежущими сталями связана с получением более крупного зерна (8-9 балл) при оптимальных температурах закалки. Склонность к росту зерна при незначительных перегревах при закалке приводит к понижению механических свойств. Ограниченная технологическая закаливаемость требует применения высоких скоростей охлаждения в перлитном интервале, что приводит к неоднородной твердости, особенно у инструментов небольшой толщины, а также к большой поводке и термическим трещинам. Стали нельзя применять для относительно крупных инструментов (диаметром или толщиной больше 30 мм), если они предназначены для работы при повышенных давлениях. Стали склонны к отпуску поверхностных слоев при нагреве во время шлифования и заточки.

Углеродистые стали используют для инструментов, не подвергаемых в процессе работы нагреву до температур свыше 150-200 °С и не требующих в процессе изготовления значительного шлифования (напильники, метчики, развертки, ножовки, топоры, колуны, стамески, слесарно-монтажные и хирургические инструменты, а также для некоторых штамповых и измерительных инструментов.

Высокая твердость углеродистых сталей (HRC 62-63) достигается уже при 0,6 % С в инструменте диаметром (толщиной) 1-5 мм.

В инструменте большей толщины такую твердость на поверхности можно получить лишь при 0,8-0,9 % С. С увеличением содержания углерода более 0,9-1,0 % твердость повышается до HRC 65.

Сортамент углеродистых инструментальных сталей по ГОСТ 1133-71 (кованая круглая и квадратная); ГОСТ 2879-88 (горячекатаная шестигранная); ГОСТ 4405-74 и ГОСТ 103-2006 (полосы кованые и горячекатаные); ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75 и ГОСТ 8560-78 (калиброванная), ГОСТ 14955-77 (со специальной отделкой).

Применение углеродистых инструментальных сталей

Химический состав углеродистых инструментальных сталей стандартизирован по ГОСТ 1435-99 .

Критические точки и режимы отжига углеродистых инструментальных сталей (t °С)

Оптимальное содержание углерода определяется особенностями работы инструмента, его формой и технологией изготовления. Если инструмент подвергается в основном ударным нагрузкам (деревообрабатывающий инструмент, зубила, некоторые штампы), целесообразно применять доэвтектоидные стали с 0,6-0,7 % С с трооститной структурой. Для остального режущего инструмента более целесообразна мартенситная структура с избыточными карбидами, образующаяся в заэвтектоидных сталях, содержащих 0,9- 1,3% С. Эти стали имеют высокую твердость и износостойкость и удовлетворительные механические свойства. Сталь эвтектоидного состава (0,8 % С) более склонна к росту зерна (перегреву), обладает меньшей стабильностью свойств и в связи с этим находит ограниченное применение.

Предварительная термическая обработка углеродистых инструментальных сталей. Неполный отжиг (нагрев 690-710 °С) с непрерывным охлаждением и сфероидизацию рекомендуется проводить в шахтных или камерных печах (стали У7, У7А, У8, У8А). Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 3-4 ч.

Изотермический отжиг целесообразен для печей непрерывного действия (конвейерных, толкательных). Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 1-2 ч. Изотермическая выдержка при охлаждении 1-2 ч. Отжиг с полной перекристаллизацией (стали У7, У7А, У8, У8А) проводят при необходимости одновременного измельчения структуры. Сфероидизацию (маятниковый отжиг) применяют для получения структуры зернистого перлита.

Высокий отпуск (650-700 °С) следует использовать для снятия наклепа после холодной пластической деформации (так называемый рекристаллизационный отжиг), а также для снятия внутренних напряжений от обработки резанием, предшествующей закалке, перед повторной закалкой изделий, имеющих пониженную твердость после термообработки. Продолжительность выдержки при высоком отпуске 2-3 ч после прогрева всей садки.

Нормализацию применяют для измельчения зерна перегретой стали и для получения небольших параметров шероховатости поверхности при обработке, резанием в тех случаях, когда сталь в отожженном состоянии имеет твердость меньше НВ 1830 МПа. Продолжительность выдержки при нагреве в печах 20-30 мин после прогрева всей садки; при нагреве в соляных ваннах — равняется расчетной выдержке для нагрева под закалку. Режимы отжига, механические и физические свойства углеродистых инструментальных сталей приведены в таблицах ниже.

Нагрев под закалку углеродистых инструментальных сталей осуществляется как в воздушных печах, так и в соляных ваннах. Для соляных ванн выдержка 20-25 с, для воздушных печей 60-80 с на 1 мм толщины.

Условия охлаждения при закалке определяются сечением инструмента.

Поскольку быстрое охлаждение в воде или водном растворе солей и щелочей нежелательно, инструмент небольшого сечения охлаждают в масле или расплавленных солях при 160- 200 oС. Для уменьшения возможности образования трещин и деформаций при закалке в ряде случаев целесообразно проводить охлаждение сначала в воде с последующим переносом в масло.

Механические свойства углеродистых инструментальных сталей после предварительной обработки (отжига)

Физические свойства углеродистых инструментальных сталей после отжига

Режимы отжига углеродистых сталей на зернистый перлит

Отпуск для сохранения высокой твердости и получения оптимальной прочности и вязкости рекомендуется проводить при 150-160 °С для инструмента толщиной более 5 мм и при 170-180 °С для инструмента меньшего сечения. Такой отпуск сохраняет твердость выше HRC 62 без разложения остаточного аустенита. Для деревообрабатывающего инструмента рекомендуется более высокий отпуск: 275-290 °С для HRC 55-58 (стамески) и 400-450°С для HRC 44-48 (пилы).

Отпуск проводят в воздушных печах или в жидкостных ваннах продолжительностью 1 ч с последующим охлаждением на воздухе. Для предотвращения трещинообразования отпуск должен быть осуществлен непосредственно после закалки. После шлифования и заточки для снятия напряжений полезен отпуск при 140-160 °С продолжительностью 30-45 мин.

Механические свойства и прокаливаемость углеродистых инструментальных сталей после закалки и отпуска

Инструментальная легированная сталь

Легированные стали для режущего и измерительного инструмента. По характеру легирования, свойствам и областям применения стали можно разделить на две группы:

1. небольшой прокаливаемости (7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13Х, ХВ4, ХВ5);
2. повышенной прокаливаемости (9Х, X, 9ХС, ХГС, 12X1, 9ХВГ, ХВГ, ХВСГ).

Применение легированных инструментальных сталей

Химический состав легированных инструментальных сталей приведен в ГОСТ 5950-2000 .

Стали, входящие в первую группу, по устойчивости переохлажденного аустенита незначительно превосходят углеродистые стали У7-У13, но благодаря легированию хромом (0,2-0,7 %), ванадием (0,15-0,3%) и вольфрамом (до 4 %) имеют повышенные устойчивость против перегрева, износостойкость и теплостойкость.

Так же как и углеродистые стали У7-У13, они после термической обработки содержат мало остаточного аустенита, что обеспечивает им высокий предел текучести. Большинство из этих сталей с успехом используют при изготовлении инструментов, подвергаемых поверхностной (местной) закалке. Некоторые из сталей небольшой прокаливаемости имеют специализированное применение: сталь 13Х предназначена главным образом для бритвенных ножей, лезвий, хирургического и гравировального инструмента; сталь ХВ4 рекомендуется для резцов и фрез, используемых для обработки резанием с небольшими скоростями материалов высокой твердости; сталь В2Ф используется для изготовления ленточных пил и ножовочных полотен для резки конструкционных сталей средней твердости.

Стали второй группы имеют более высокое содержание хрома (0,8-1,7%), наряду с которым в ряде марок присутствуют марганец, кремний, вольфрам.

Комплексное легирование даже относительно небольшими количествами элементов существенно повышает прокаливаемость, способствует увеличению дисперсности и однородности распределения карбидов (за исключением сталей типа ХВГ), уменьшает чувствительность к перегреву, способствует сохранению более мелкого зерна при закалке. Стали повышенной прокаливаемости применяют для изготовления инструментов больших сечений, охлаждаемых при закалке в масле или горячих средах. Указанные особенности сталей второй группы (9ХС, ХГС, ХВГ, ХВСГ) позволяют использовать их для изготовления режущего (метчики, плашки, развертки, фрезы, протяжки), а также штампо-вого инструмента более ответственного назначения, чем из углеродистых и низкопрокаливающихся сталей. Отличительной особенностью марганецсо-держащих сталей (ХВГ, ХВСГ, 9ХВГ) является их малая деформируемость при термической обработке, обусловленная повышенным содержанием остаточного аустенита. Это позволяет рекомендовать их для изготовления тех инструментов, к которым предъявляются жесткие требования относительно стабильности размеров при термической обработке. Недостатком указанных сталей является повышенная склонность к образованию карбидной сетки по границам зерен в результате выделения карбидов в Процессе замедленного охлаждения после горячей пластической деформации или высокотемпературного нагрева. Стали ХВГ и ХВ4 характеризуются также неблагоприятным распределением карбидов в деформированном металле сечением более 30—40 мм. Карбидная неоднородность наблюдается также и в стали X, которая обладает, кроме того, повышенной чувствительностью к перегреву и существенным колебанием прокаливаемости в различных плавках. К особенностям термической обработки низколегированных инструментальных сталей следует отнести необходимость использования резких охлаждающих сред (водные растворы солей и щелочей) для сталей небольшой прокаливаемости, закаливаемых на максимальную твердость (7ХФ, 8ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13Х).

Стали повышенной прокаливаемости (9ХС, ХВГ, 9ХВГ, ХВСГ) для уменьшения термических напряжений и коробления у инструментов сложной формы целесообразно подвергать неполной изотермической (выдержка при 180-250 °С длительностью 30-60 мин) или ступенчатой (охлаждение в горячих средах с температурой 150-220 °С с последующим переносом на воздух) закалке.

Продолжительность выдержки при аустенизации низколегированных сталей выбирают из расчета 50-70 с/мм при нагреве в воздушной печи и 35- 40 с/мм при нагреве в соляной ванне.

Продолжительность отпуска обычно составляет 1-2 ч плюс 1-1,5 мин на 1 мм толщины крупногабаритного инструмента.

Сортамент поставляемых легированных инструментальных сталей: кованая круглая и квадратная (ГОСТ 1133-71), калиброванная (ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75 и ГОСТ 8560-78); прокат горячекатаный круглый (ГОСТ 2590-88), горячекатаный квадратный; полосы горячекатаные и кованые (ГОСТ 4405-74).

Допускаемая глубина обезуглеро-женного слоя регламентирована ГОСТ 5950-2000 .

Критические точки, режимы ковки и отжига, режимы окончательной термической обработки и назначение ле-гурованных инструментальных сталей приведены в таблицах ниже:

Критические точки (температура, °С) легированных инструментальных сталей

Режимы ковки и отжига легированных инструментальных сталей

Режимы окончательной термической обработки легированных инструментальных сталей

Инструментальная быстрорежущая сталь

Быстрорежущие стали — наиболее характерные для режущих инструментов. Они сочетают высокую теплостойкость (600-650 °С в зависимости от состава и обработки) с высокими твердостью (до HRC 68-70), износостойкостью при повышенных температурах и повышенным сопротивлением пластической деформации. Быстрорежущие стали позволяют повысить скорость резания в 2-4 раза по сравнению со скоростями, применяемыми при обработке инструментами из углеродистых и легированных инструментальных сталей.

Применение быстрорежущих инструментальных сталей

Быстрорежущие стали широко применяют для режущих инструментов, работающих в условиях значительного нагружения и нагрева рабочих кромок. Инструмент из быстрорежущих сталей обладает достаточно высокой стабильностью свойств, что особо важно в условиях гибкого автоматизированного производства.

Работоспособность инструментов простой формы с массивной режущей кромкой при непрерывном точении лимитируется вторичной твердостью, теплостойкостью и износостойкостью. Для инструментов сложной формы, тонколезвийных, а также для инструментов, используемых при прерывистом точении, большее значение приобретают прочность и вязкость быстрорежущей стали. Повышение того или иного свойства, достигаемое в результате изменения химического состава стали, а также режимов закалки и отпуска, часто сопровождается снижением других показателей. Например, при повышении вторичной твердости и теплостойкости наблюдается, как правило, снижение прочности и вязкости стали.

Высокие режущие свойства быстрорежущих сталей обеспечиваются легированием сильными карбидообразующими элементами (вольфрамом, молибденом, ванадием), элементами, повышающими температуру (а -> y) — превращения (кобальтом, алюминием), и применением специальной термической обработки, заключающейся в закалке с высоких температур (1200-1300 °С) и отпуске, вызывающем дисперсионное твердение.

Для быстрорежущих сталей основным является карбид М6С.

Для получения высоких теплостойкости и твердости достаточно большая доля распадающегося карбида должна быть переведена при закалке в твердый раствор (аустенит, мартенсит), что насыщает его углеродом, вольфрамом, молибденом, ванадием, хромом.

Последующий отпуск при температурах 550-560 °С повышает твердость до максимальных значений вследствие выделения дисперсных карбидов и распада остаточного аустенита.

В зависимости от химического состава, а следовательно, и уровня основных свойств быстрорежущие стали подразделяют на стали нормальной и повышенной теплостойкости (производительности). Если содержание ванадия не превышает 2%, их относят к быстрорежущим сталям нормальной теплостойкости (производительности). Это стали Р18, Р9, Р6М5.

Быстрорежущие стали с более высоким содержанием ванадия, а также дополнительно легированные кобальтом относят к сталям повышенной теплостойкости (Р12ФЗ, Р6М5ФЗ, Р18К5Ф2, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8 и др.).

По сравнению со сталями нормальной производительности высокованадиевые стали повышенной производительности обладают в основном повышенной износостойкостью из-за наличия высокотвердого карбида типа МС, а кобальтсодержащие стали — более высокими вторичной твердостью, теплостойкостью и теплопроводностью.

К группе быстрорежущих сталей повышенной производительности следует отнести и быстрорежущие дисперсионно-твердеющие сплавы с интерметаллидным упрочнением. Их высокая теплостойкость и режущие свойства обеспечиваются высокими температурами а->y превращения и упрочнением вследствие выделения при отпуске интерметаллидов, имеющих более высокую устойчивость к коагуляции при нагреве, чем карбиды. Наибольшее распространение получил сплав В11М7К23 (ЭП831).

Основные свойства быстрорежущих сталей в состоянии поставки приведены в таблице ниже. Режимы окончательной термической обработки и свойства быстрорежущих сталей нормальной и повышенной производительности приведены в таблице внизу.

Интенсивно развивается группа низколегированных быстрорежущих сталей с суммарным содержанием вольфрама и молибдена, не превышающим 5-6 %.

Инструменты из быстрорежущих сталей этой группы предназначены в основном для обработки неупрочненных сталей и чугунов, а также цветных металлов и сплавов. Стойкость инструментов из этих сталей при обработке вышеуказанных групп материалов близка к стойкости инструментов из стали Р6М5.

Наиболее высокими свойствами в этой группе сталей обладают стали Р2М5 и 11М5Ф. Они существенно превосходят стали 11Р3АМ3Ф2 и 9Х4М3Ф2АГСТ как по основным свойствам, так и по шлифуемости.

Особенно перспективно использование низколегированной безвольфрамовой стали 11М5Ф. Сталь 11М5ФЮС с 1 % Al имеет более высокую теплостойкость и режущие свойства, чем быстрорежущая сталь Р6М5.

Карбидная неоднородность. Быстрорежущие стали относятся к ледебуритному классу. Избыточные карбиды быстрорежущих сталей входят в состав эвтектики, образующейся по границам зерен аустенита или б-феррита.

Литая сталь из-за присутствия эвтектики имеет высокую хрупкость и низкую прочность. Существенное улучшение структуры и прочностных свойств достигается после горячей пластической деформации с обжатием выше 90 %.

Однако практически при всех используемых условиях деформации абсолютно равномерного распределения карбидов не наблюдается. Карбидная неоднородность способствует созданию значительной анизотропии свойств в заготовках больших размеров.

Карбидная неоднородность выражена сильнее в сталях с повышенным содержанием вольфрама, ванадия и кобальта. В сталях с молибденом размер карбидных частиц и их скоплений меньше, что оказывает положительное влияние на свойства последних.

Форму, расположение и распределение эвтектических карбидов характеризуют баллом карбидной неоднородности. Для вольфрамовых и вольфрамоиолибденовых быстрорежущих сталей существует две восьмибальные щкалы (соответственно шкалы 1 и 2, ГОСТ 19265-73 ), определяющие карбидную неоднорость.

Основные свойства быстрорежущих сталей в состоянии поставки

Режимы окончательной термической обработки и свойства быстрорежущих сталей нормальной и повышенной теплостойкости (производительности)

Стали Р18Ф2К8М, Р12Ф4К5, Р12МЗФ2К8, Р8МЗК6С, В11М7К23 поставляются по техническим условиям.

Режимы окончательной термической обработки и свойства низколегированных быстрокарежущих сталей

Относительная шлифуемость быстрорежущих сталей

*1 Коэффициент относительной шлифуемрсти равен отношению удельной производительности шлифования исследуемой стали к удельной производительности шлифования стали Р18.

*2 Стали, полученные методом порошковой маталлургии.

Карбидная неоднородность существенно влияет на прочностные свойства деформированной стали после закалки и отпуска. По мере увеличения карбидной неоднородности прочностные свойства ухудшаются, что приводит к снижению стойкости инструмента в результате выкрашивания режущей кромки или его поломки.

Существуют три основных пути уменьшения карбидной неоднородности:

1. увеличение скорости кристаллизации расплавленной стали; этот путь самый перспективный, поскольку позволяет существенно уменьшить толщину эвтектической сетки (например, при электрошлаковом переплаве) или вообще устранить ее образование, как у сталей, полученных прессованием порошков (гранул) из распыленного жидкого металла;
2. повышение степени деформации и изменение характера деформирования (например, при прессовании литой стали);
3. применение высокотемпературного гомогенизирующего отжига; при этой обработке у быстрорежущих сталей почти полностью устраняется эвтектическая сетка, но увеличиваются размеры избыточных карбидов.

В зависимости от состава и способа производства размеры наиболее крупных (избыточных карбидов) быстрорежущих усталей различаются значительно (от 1 до 25 мкм и более). Крупные карбиды менее эффективно задерживают рост зерна, слабее связаны с матрицей и быстрее выкрашиваются из рабочей кромки инструмента при его эксплуатации. При увеличении размеров карбидов с 8-10 до 15-20 мкм наблюдается снижение стойкости инструмента до 2 раз в тех случаях, когда радиус закругления режущей кромки соизмерим с размерами крупных карбидов и когда инструмент работает с малыми толщинами среза.

Наиболее эффективный путь уменьшения размеров карбидов — изготовление сталей' посредством прессования порошков, полученных распылением расплавленного металла. В этом случае размеры карбидов не превышают 1-3 мкм. Быстрорежущие стали, полученные этим способом, обладают повышенными механическими свойствами, стойкостью и шлифуемостью.

Быстрорежущие стали, полученные способом порошковой металлургии, наиболее целесообразно использовать для инструментов, работающих в условиях гибких автоматизированных производств, поскольку этот инструмент обладает более высокой стабильностью свойств.

Нагрев под закалку быстрорежущих сталей проводится при температурах и выдержках, обеспечивающих растворение специальных карбидов и легирование аустенита, для получения оптимальной теплостойкости при условии, что размер зерна не превышает 10-го балла, при котором достигаются оптимальные механические свойства.

Связь между распределением карбидов и прочностью быстрорежущей стали Р18

Балл зерна для различных быстрорежущих сталей

При закалке тонколезвийных инструментов небольших размеров (менее 3-5 мм) температура закалки снижается на 10-20 °С (балл зерна 11 — 12), при закалке крупногабаритного инструмента (сверла диаметром более 20 мм, резцы) можно повысить температуру закалки на 10 °С (балл зерна 9-10).

Для предупреждения образования трещин и повышенных термических напряжений нагрев под закалку ведут с одним или двумя подогревами. Первый подогрев при 400-500 °С, второй при 800-850 °С. Выдержку при окончательном нагреве выбирают из расчета 10-15 с на 1 мм диаметра (толщины) для инструмента диаметром 5-30 мм.

Для инструментов меньшего диаметра время выдержки увеличивают (общее время выдержки не менее 30 с).

Время выдержки при подогреве обычно берут удвоенным по сравнению с выдержкой при окончательном нагреве.

Подогрев и окончательный нагрев под закалку быстрорежущих сталей, как правило, проводят в электродных соляных ваннах. Среда нагрева: при подогреве — смесь 78% ВаСL2 и 22 % NaCL (Тпл = 640 °С), при окончательном нагреве — в расплаве ВаСL, (Тпл = 962 °С). Для предохранения от окисления (обезуглероживания инструмента) ванну раскисляют фтористым магнием.

Эти рекомендации особенно существенны для быстрорежущих сталей с молибденом и кобальтом, которые облагают повышенной склонностью к обезуглероживанию.

Переохлажденный аустенит быстрорежущих сталей устойчив, вследствие чего они могут охлаждаться в любой среде — воздухе, масле, горячих средах при 500-560 °С.

Вместе с тем при замедленном охлаждении в интервале температур 1000-500 °С возможно выделение карбидов по границам зерен, вследствие чего инструмент, охлажденный таким образом, будет иметь пониженную вязкость и теплостойкость. Вследствие этого охлаждение инструментов крупных размеров на воздухе нежелательно.

Отпуск быстрорежущих сталей выполняется при температурах 550- 570 °С, 2-3 раза по 1 ч.

Двухкратный отпуск можно применять для сталей с небольшой устойчивостью остаточного аустенита. Быстрорежущие стали с большой устойчивостью остаточного аустенита требуют трех- и даже четырехкратного отпуска.

При отпуске происходит выделение упрочняющих карбидов и распад остаточного аустенита. В результате быстрорежущая сталь получает высокую твердость, прочность и теплостойкость.

Шлифуемость является важным технологическим свойством, которое определяет качество готового инструмента. Стоимость шлифования достигает 50-60 % общей стоимости изготовления инструмента. Чем хуже шлифуемость стали, тем более трудоемким является процесс изготовления из нее инструмента. По этой причине многие быстрорежущие стали находят ограниченное применение.

Используют два метода определения шлифуемости стали Механический метод заключается в определении отношения объема металла, снятого в единицу времени, к объему одновременно изношенного, абразива.

Структурный метод характеризует шлифуемость по количеству остаточного аустенита в шлифованном слое. Чем хуже шлифуемость, тем выше температура его разогрева, тем больше в слое аустенита.

Неправильно выполненное шлифование, при котором в шлифованной слое из-за высоких температур образовалось большое количество аустенита, приводит к значительному снижению стойкости инструмента.

Шлифуемость сталей определяется главным образом количеством карбидов ванадия VC в структуре стали. Наиболее низкую шлифуемость имеют быстрорежущие стали с повышенным содержанием ванадия. Шлифуемость быстрорежущих сталей можно существенно повысить, если их получать методами порошковой металлургии.

Способы улучшения поверхностного слоя. Качество инструмента в значительной мере определяется свойствами поверхностного слоя. В процессе термической обработки или в результате шлифования при несоблюдении технологических режимов свойства поверхностного слоя могут существенно снижаться (в частности, вследствие обезуглероживания или чрезмерного нагрева при шлифовании).

Наиболее эффективно свойства поверхностного слоя могут быть повышены в результате химико-термической обработки, поскольку возрастают твердость, теплостойкость, стойкость против коррозии, в ряде случаев уменьшается коэффициент трения.

Xимико-термическая обработка целесообразна для инструментов, сохраняющих улучшенный слой после переточки полиостью (резьбовые и червячные фрезы, долбяки, протяжки, фасонные резцы, метчики и др.) или частично (сверла, зенкеры).

Выбор способа химико-термической обработки обусловлен не только требованиями, предъявляемыми к поверхностному слою, но и температурой, при которой выполняется эта обработка, и теплостойкостью стали. Наиболее универсальными и эффективными методами упрочнения поверхностного слоя инструментов из быстрорежущих сталей является жидкое цианирование, карбонитрация, ионное азотирование и вакуумно-плазменное нанесение износостойких покрытий. 

В том случае, если инструмент после шлифования не подвергается химико-термической обработке, его целесообразно дополнительно отпускать. Отпуск снимает напряжения, способствует превращению аустенита, образовавшегося в поверхностном слое при шлифовании, и поэтому повышает стойкость инструмента. Температура отпуска 350-400 °С, выдержка 30-60 мин.

Инструментальная валковая сталь

Валковая сталь — это сложнолегированная сталь, применяемая для изготовления рабочих и опорных валков, а также поковок, ножей для резки металла, пуансонов, пил, обрезных матриц, шестерен и других деталей, подвергающихся интенсивной нагрузке – истиранию, высоким температурам, ударным нагрузкам и т.п. Она также и используется в горячей и холодной прокатке металлов, вагоностроении, в производстве деталей общего машиностроения.

Валковые стали характеризуются глубокой прокаливаемостью, высокой износостойкостью, минимальной склонностью к деформациям, хорошей шлифуемостью, высокой твердостью.

Инструментальные валковые стали подразделяются на стали для валков холодной и горячей прокатки. Принципы легирования и упрочнения этих сталей такие же, как и для штамповых.

Валки холодной прокатки отличаются высокой твердостью и износостойкостью, однако имеют низкую вязкость и невысокую конструктивную прочность на изгиб и используются совместно с опорными валками, к которым требования по твердости значительно ниже, а по вязкости сушественно выше, чем у рабочих валков.

Применение валковых инструментальных сталей

Инструментальная штамповая сталь

Сталь инструментальная штампованная применяется при изготовлении пуансонов, штампов, валиков, роликов и других обрабатывающих устройств.

Изделия из штамповой стали делятся на два вида:

• для производства инструмента, участвующего в холодной деформации металлических заготовок, с повышенными требованиями к их твердости;
• для производства инструмента, для деформации разогретых металлических заготовок, с повышенными требованиями к их жароустойчивой.

Стали для изготовления штампов также разделяются на:

• средней теплоустойчивости с высоким показателем ударной вязкости (с низким содержанием углерода);
• повышенной теплоустойчивости с высокой ударной вязкостью;
• высокой теплоустойчивости.

Применение штамповых инструментальных сталей

Смотрите также:

• Марки сталей по ГОСТ, AISI, ASTM, ASME, En, DIN, WNr
• Таблица соответствия марок нержавеющих сталей по ГОСТ, EN, UNS, SIS, BS, AISI, химический состав, механические свойства

Используемые сокращения и обозначения