Инструментальные легированные стали это

Легированные стали предназначены для изготовления режущего и измерительного инструмента и имеют, по сравнению с углеродистыми инструментальными сталями, большую прокаливаемость, износостойкость и теплостойкость.

Стали для измерительных инструментов

Измерительные инструменты (плитки, калибры, шаблоны) должны сохранять свою форму и размеры в течение продолжительного времени. В них не должны совершаться самопроизвольные структурные превращения, вызывающие изменение размеров инструмента в процессе эксплуатации.

Коэффициент линейного расширения должен быть минимальным. Этими свойствами обладают стали с мартенситной структурой. Для изготовления измерительных инструментов используют стали марок Х, Х9, ХГ, Х12Ф1. Закалка проводится при температурах 850…870 0 С в масле. Для устранения остаточного аустенита после закалки проводится обработка холодом при минус 70 0 С, а затем низкий отпуск при 120…140 0 С. Твердость после термообработки составляет 63…64 НRС.

Стали для режущих инструментов

Основными требованиями к режущему инструменту являются следующие:

  1. длительное время сохранять высокую твердость и износостойкость режущей кромки в условиях трения;
  2. иметь высокую теплостойкость (красностойкость), т.е. способность сохранять высокую твердость и режущую способность при продолжительном нагреве (устойчивость против отпуска при нагреве инструмента в процессе работы).

Режущий инструмент изготовляют из сталей, имеющих пониженную или повышенную прокаливаемость, или из быстрорежущих сталей.

К сталям пониженной прокаливаемости относятся углеродистые стали У7…У13, рассмотренные раньше.

К сталям повышенной прокаливаемости относятся легированные стали, содержащие до 5 % легирующих элементов, марок 9ХС, ХВСГ, 9Х5С.

Подобно углеродистым сталям они обладают низкой теплостойкостью – до 300 0 С, но более высокой прокаливаемостью. Из них изготовляют инструменты для резания материалов невысокой прочности с небольшой скоростью: ручные сверла, развертки, плашки и др.

Закалку проводят с температуры 800…860 0 С в масле, отпуск при 150…200 0 С. Твердость составляет 61…66 НRС.

Быстрорежущие стали

К ним относятся высоколегированные стали, предназначенные для изготовления инструментов высокой производительности. Основное свойство этих сталей — высокая теплостойкость (красностойкость), т.е. сохранение мартенситной структуры и высокой твердости, прочности, износостойкости при повышенных температурах, возникающих в режущей кромке при резании с большой скоростью.

Теплостойкость обеспечивается введением большого количества вольфрама совместно с другими элементами: молибденом, хромом, ванадием.

Вольфрам и молибден в присутствии хрома связывают углерод в специальные труднокоагулируемые при отпуске карбиды типа М6С, МС и задерживают распад мартенсита. Выделение дисперсных карбидов, которое происходит при повышенных температурах отпуска (500…600 0 С), вызывает дисперсионное твердение мартенсита. При отпуске ванадий, выделяясь в виде карбидов, усиливает дисперсионное твердение.

Увеличению теплостойкости способствует также кобальт. Он не образует карбидов, но, повышая энергию межатомных сил связи, затрудняет коагуляцию карбидов и увеличивает их дисперсность.

За счет комплексного легирования инструменты из быстрорежущей стали сохраняют высокую твердость до 640 0 С и допускают в 2…4 раза более производительные режимы резания, чем инструменты из углеродистых и низколегированных сталей.

Быстрорежущие стали обозначаются буквой Р (“рапид” — скорость), после которой ставится цифра, показывающая содержание вольфрама в процентах. Далее указываются легирующие элементы и их содержание в %.

Быстрорежущие стали по эксплуатационным свойствам делятся на две группы:

  1. нормальной производительности;
  2. повышенной производительности.

К 1-й группе относятся стали марок Р9, Р18, Р12, Р9Ф5, Р6М3, Р6М5.

Они сохраняют твердость не ниже 58 НRС до температуры 620 0 С, лучше обрабатываются давлением, резанием, имеют высокую прочность и вязкость.

Ко 2-й группе относятся стали, содержащие кобальт и повышенное количество ванадия: Р6М5К5, Р9М4К8, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2. Они превосходят стали 1 группы по теплостойкости (630…640 0 С), твердости (НRС ³ 64) и износостойкости, но уступают по прочности и пластичности. Эту группу сталей применяют для обработки высокопрочных сталей, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей с аустенитной структурой, других труднообрабатываемых материалов.

Быстрорежущие стали относятся к карбидному (ледебуридному) классу. В структуре литой стали присутствует сложная эвтектика, напоминающая ледебурит и располагающаяся по границам зерен.

Для придания стали теплостойкости инструмент подвергают закалке и многократному отпуску (рисунок 51).

Температура закалки стали Р18 — 1220…1290 0 С, Р6М5 — 1210…1230 0 С. Высокие температуры необходимы для более полного растворения вторичных карбидов и получения высоколегированного аустенита.

Из-за низкой теплопроводности стали при закалке нагревают медленно с прогревами при 450 и 850 0 С. Для уменьшения окисления и обезуглероживания нагрев производится в соляных ваннах (чаще ВаСl2).

Читайте также:  Интерьеры кухни фото для дома

Выдержка при температуре закалки должна обеспечить растворение в аустените части карбидов в пределах возможной их растворимости. Для получения более высокой твердости стали Р6М5 (63 НRС) и теплостойкости (59 НRС при 620 0 С) выдержку при нагреве под закалку увеличивают на 25 %.

Для уменьшения деформации инструментов применяют ступенчатую закалку в расплавленных солях температурой 400…500 0 С. Охлаждение ведется в масле (мелкие детали можно охлаждать на воздухе).

После закалки не достигается максимальная твердость сталей 6HRC, т. к. в структуре, кроме мартенсита и первичных карбидов, содержится 30…40 % остаточного аустенита (Мк ниже 0 0 С). Он снижает механические свойства стали, ухудшает шлифуемость и стабильность размеров инструмента. Остаточный аустенит превращается в мартенсит при отпуске или обработке холодом.

Отпуск проводят при температуре 550…570 0 С. В процессе выдержки при отпуске из М и Аост выделяются дисперсные карбиды М6С, МС. Аустенит обедняется углеродом и легирующими элементами, становится менее устойчивым и при охлаждении ниже Мн испытывает мартенситное превращение. Применяют двух, трех кратный отпуск с выдержкой по 1 ч и охлаждением на воздухе. При этом Аост снижается до 3…5 %. Обработка холодом сокращает цикл термической обработки. Структура — мартенсит отпуска и карбиды; твердость составляет 65 HRC.

Вопрос увеличения эффективности обработки конструкционных сталей остается всегда актуальным. Исследования в этом направлении в одно время привели к появлению новых марок стальных сплавов, предназначенных исключительно для изготовления инструмента и оснастки под него. Название они получили соответствующее — инструментальные стали и сплавы. что их отличало от обычных конструкционных? Какими свойствами они обладали?

Общие сведения

Сталь, процент углерода в которой составляет более 0,7%, называют инструментальной. В основе фазовой структуры лежит мартенсит и только в некоторых случаях ледибурит.

Используется главным образом в машиностроении в качестве материала для производства инструмента по обработке черных и цветных сплавов.

Инструментальную сталь отличает ряд особенностей по сравнению с конструкционной. Среди них наиболее важными являются:

  • Повышенная твердость, которая составляет 60-65 единиц по шкале Роквелла.
  • Дополнительная прочность. Временное сопротивление на разрыв не должно быть ниже 900 МПа.
  • Способность сопротивляться воздействию абразивного износа.
  • Высокая прокаливаемость — свойство сталей термически упрочняться.
  • Красностойкость, которая характеризует металл с точки зрения способности сохранять свои прочностные характеристики при увеличении температурного воздействия на него.

Согласно государственным стандартам предусмотрены следующие разновидности инструментальных марок, исходя из их технологического назначения:

  • Инструментальные углеродистые стали ГОСТ 1435-99. Помечаются буквой «У» в начале маркировки. Цифра, следующая далее в обозначении, показывает углеродистую составляющую: У12, У10 и т.д. Размерность берется в сотых долях процента. В конце может ставиться буква «А» (например, У10А), которая показывает, что данная инструментальная сталь имеет уменьшенное количество отрицательных включений. В частности, это относится к сере и фосфору, элементам, ответственным за ухудшение механических свойств стального сплава.
  • Легированные инструментальные стали ГОСТ 5950-2000. Цифра, стоящая в начале, показывает сотую долу процента карбидов в стали. В случае ее отсутствия значение данного параметра принимается равным 1%. Далее следует буквенное обозначение легирующих элементов с указанием цифрами их содержания в целых долях процента: Х, 5ХВГ, 9ХС и прочее.
  • Быстрорежущие инструментальные стали ГОСТ 19265-73. В технической документации маркируются буквой «Р». Цифрой за ней обозначают ориентировочное содержание вольфрама – базового химического компонента для данной стали. Помимо него быстрорезы могут включать в своем составе кобальт и ванадий. Они также указываются в маркировке соответствующими буквами: К и Ф. Содержание хрома во всех быстрорежущих сталях колеблется в пределах 3-4%. По этой причине его не обозначают в маркировке.
  • Штампованные инструментальные стали ГОСТ 1265-74. Маркируется данный вид сталей аналогично легированным. По характеру применения они бывают штампованными сталями холодной и горячей деформации.

Рассмотрим каждый пункт теперь более подробно.

Инструментальная углеродистая сталь

Данный класс в машиностроении используется как материал для производства режущего инструмента с минимальным габаритным размером не более 13 мм. Причина этого ограничения кроется в их ограниченной прокаливаемости. Более крупные габаритные размеры возможны только если большая часть режущей кромки находится на поверхности (короткие свёрла, зенкера и прочее).

Для большинства режущего инструмента — зенковки, ножовки и фрезы — применяются стали У13, У11 и У10. В случае если стальной сплав работает в условиях сильных ударных воздействий, рекомендуется использовать марки типа У8 и У7. Они обладают большим коэффициентом ударной вязкости и, соответственно, способны выдержать большие динамические нагрузки.

Читайте также:  Как подключить xbox 360 к телевизору samsung

Преимуществом инструментальных сталей приведенного класса является низкая цена, приемлемая податливость резанию в отожжённом состоянии и умеренная твердость. Для повышения их механических свойств применяют разного рода термообработку. Прежде всего, это закалка в соляном растворе или воде при 820 ºС плюс низкий отпуск, главное назначение которого — снятие внутренних напряжений.

Главным недостатком углеродистой инструментальной стали — это узкий диапазон температур закаливания, что усиливает внутренние деформации стали при ее термообработке. По этой причине использование данных сплавов ограничивается инструментом, работающим с низкими скоростями резания и температурами нагрева до 220 ºС.

Легированная инструментальная сталь

По сравнению с вышеописанной легированная обладает большей толщиной прокаливаемого слоя и меньшей склонностью к перегреву, что позволяет существенно снизить риск образования трещин во время термообработки инструмента. Благодаря этому минимальный габаритный размер инструмента увеличивается с 12 до 40 мм.

Низколегированные стали марок типа 11Х и 13Х рекомендуются для изготовления метчиков, ножей и напильников толщиной 1-15 мм. Особенно если указанный инструмент при этом имеет большую длину.

Стали 9ХС и ХВГС обладают повышенной красностойкостью с критической температурой 250 ºС. Они используются для сверл, плашек, гребенок и прочего инструмента диаметром до 80 мм. Недостатком их является небольшая хрупкость в отожжённом состоянии и чувствительность к образованию трещин во время шлифовки.

Также легированная инструментальная сталь отлично зарекомендовала себя в изготовлении разного рода измерительного инструмента — штангенциркули, линейки, скобы и прочее — за счет низкого значения коэффициента теплового расширения. Наиболее подходящими из них послужили стали типа Х и ХГ.

Быстрорежущая инструментальная сталь

Быстрорежущих инструментальных сталей от всех выше представленных видов инструментальных стальных сплавов отличает более высокая красностойкость. Данные сплавы не изменяют своих механических характеристик при температурном режиме до 650 ºС. Как результат, скорость резания увеличивается в 5 раза, а долговечность инструментария в 32 раз.

Этого стало возможным благодаря включению в их химический состав вольфрама или его аналога молибдена. Также на теплостойкость положительно влияет добавление в сталь таких металлов как кобальт, ванадий и хром. Наиболее востребованными марками в машино- и станкостроении являются Р18, Р12, Р6М4 и Р10К5Ф5. Из данной группы инструментальных сталей стоит отметить Р12, т.к. она обладает лучшей технологичностью: более податлива обработке давлением.

Термическая обработка данных стальных сплавов включает в себя закалку при 1250 ºС и многократный низкий отпуск при 350 ºС. Превышение указанных температур крайне нежелательно, т.к. это приводит к резкому снижению механических характеристик, в частности образования хрупкости. Иногда для улучшения коррозионностойких свойств быстрорезы дополнительно обрабатываются паром.

Штампованная сталь

Штампованная инструментальная сталь используется в производстве матриц и пуансонов штампов. Как было сказано ранее, она подразделяется на сталь холодного и горячего деформирования.

Инструментальная сталь холодной деформации работают при температуре 250-300 ºС. Сюда относят Х12М и Х12Ф1, в основе которых лежит фазовая структура ледибурит. Их отличие — это высокое значение прокаливаемости, красностойкости и твердости (64 HRC). Из них изготовляют массивные штампы сложной формы, ролики для накатывания резьбы и т.д.

Штампованные стали горячей деформации работают с более горячим металлом, температура которого может доходить до 550 ºС. Поэтому, помимо всего прочего, они должны обладать разгаростойкосью — способностью выдерживать многократные перегревы и не трескаться при этом. Наиболее востребованными марками здесь являются 5ХНМ и ХГМ.

Инструментальные стали в свое время совершили технологический прорыв в области обработки металлов. Их использование позволило повысить скорость резания почти в 5 раз. Но прогресс не стоит на месте. Сейчас они становятся все менее актуальными. Особенно на фоне новостей об усовершенствовании керамических сплавов.

Инструментальные стали разделяются на стали для режущего и измерительного инструмента, штамповые стали для холодного и горячего инструмента.

Стали для режущего инструмента разделяются на две группы. В первую группу входят стали, не обладающие, подобно углеродистым инструментальным сталям, теплостойкостью(красностойкостью). Инструменты из таких сталей могут работать только при относительно низких скоростях резания, обусловливающих разогрев режущей кромки до температур не выше 200-250 ºC. Основное назначение легирующих элементов состоит в увеличении прокаливаемости и уменьшением чувствительности к перегреву при закалке. По структуре в отожженном состоянии большинство сталей этой группы относится к эвтектоидным. Термообработка инструмента состоит из закалки и последующего низкого отпуска (140-180 ºC ). Твердость после термообработки должна быть не ниже 62 HRC. К этой группе принадлежат стали: Х, 9ХС, ХВГ, и др. Стали этой группы используют также для изготовления измерительного инструмента.

Читайте также:  Как разобрать выключатель легранд видео

Ко второй группе относятся быстрорежущие стали, обладающие высокой теплостойкостью (красностойкостью). Они применяются для изготовления режущих инструментов, работающих при высоких скоростях резания. Основными легирующими элементами в быстрорежущих сталях являются: вольфрам (5,5-18,5%), хром (3,8- 4,5%), ванадий (1,0-2,6%). Отдельные марки содержат повышенное количество ванадия (до 5,1%), кобальт (5-10,5%) и молибден.

Обозначение марок быстрорежущей стали состоит из букв и цифр. Первая буква «Р» означает, что сталь относится к группе быстрорежущих, цифра за буквой «Р» указывает среднее содержание вольфрама в процентах. Среднее содержание в стали элемента в процентах обозначается цифрой, следующей за буквой: например, ванадия цифрой после буквы «Ф», кобальта – цифрой после буквы «К», молибдена – цифрой, следующей за буквой «М».

Быстрорежущие стали по структуре принадлежат к ледебуритному (карбидному классу). Термообработка инструмента из этих сталей состоит из закалки в масле с высоких температур, значительно превышающих критические точки (для более полного растворения вторичных карбидов в аустените) и последующего трехкратного отпуска при температурах, обеспечивающих высокую твердость и теплостойкость (550-570 ºC).

В отдельных случаях инструменты из быстрорежущей стали после закалки подвергают обработке холодом для уменьшения количества остаточного аустенита. Твердость инструмента после термообработки составляет 63-65 HRC. Применяемые стали: Р9, Р18, Р12, Р9Ф6, Р6М5 и др.).

Для скоростной обработки металлов применяют инсрумент, оснащенный твердыми сплавами(ГОСТ 3882-74) . По сравнению с быстрорежущими сталями рабочая температура резания инструмента из твердых сплавов может быть увеличена до 800-1000 ºC.

Основой всех твёрдых сплавов являются прочные карбиды металлов, не разлагающиеся и не растворяющиеся при высоких температурах. Особенно важны для твёрдых сплавов карбиды вольфрама, титана, тантала, хрома, частично марганца. Карбиды металлов слишком хрупки и часто тугоплавки, поэтому для образования твёрдого сплава зёрна карбидов связываются подходящим металлом; в качестве связки используют кобальт (иногда никель или молибден).

Изделия из твёрдых сплавов получают методами порошковой металлургии ( спеканием при температуре 1500-2000 ºC). После чего они поддаются только обработке шлифованием или физико-химическим методам обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др). Порошковые твердые сплавы закрепляются на оснащаемом инструменте методами пайки или механическим закреплением.

Твердосплавные инструменты пригодны для обработки закаленных сталей и таких неметаллических материалов, как стекло, фарфор и т. п.

Наиболее распространеннымитвердыми сплавами являются ВК6, ВК8, Т15К6,ТТ7К12. В маркировке цифры после букв К и Т указывают количество кобальта и карбидов титана ( тантала) соответственно, остальное- карбид вольфрама.

Штамповые стали,используемые для изготовления штампов, предназначенных для холодного деформирования, должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью в сочетании с достаточно удовлетворительной пластичностью. Для штампов сложной формы, пуансонов и другого инструмента, испытывающего ударные нагрузки, используют доэвтектоидныестали (4ХВ2С, 5ХВ2С и др.). Термическая обработка штампов состоит из закалки и отпуска при температуре 250-430 ºC. Твердость после обработки составляет 48-56 HRC.

Для штампов, работающих в условиях сильного износа, используются стали ледебуритного класса (Х12М, Х12Ф1). Твердость штампов после закалки и низкого отпуска лежит в пределах 60-63 HRC.

Стали для штампов, предназначенных для горячего деформирования, должны обладать высокой прочностью при высоких температурах (жаропрочностью), способностью выдерживать многократные нагревы и охлаждения без образования трещин (сопротивлением термической усталости), износостойкостью и достаточно высокой теплопроводностью. Стали этой группы по структуре в отожженном состоянии относятся к доэвтектоидным, и содержат в своем составе легирующие элементы, повышающие прокаливаемость и прочность стали при высоких температурах (Cr, W, Mo, Vи др.). Для обеспечения достаточной вязкости отпуск штампов после закалки производят при более высоких температурах, чем отпуск штампов для холодного деформирования. Применяемые стали: 5ХНМ, ХГМ, 4Х2В5ФМ, 3Х2В8Ф и др.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9021 — | 7253 — или читать все.

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*