Инструментальные материалы.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режуще­го и измерительного инструмента, штампов холодного и горячего де­формирования, а также ряда деталей точных механизмов и приборов: пружин, подшипников качения, шестерен и др. Часто из таких сталей изготавливают только рабочую (режущую) часть инструмента, а кре­пежные части выполняют из конструкционных сталей.

Основными потребительскими требованиями к инструментальным сталям являются высокие твердость, износостойкость и прочность при хорошей (500...800°С) теплостойкости. Кроме эксплуатационных свойств для инструментальных сталей большое значение имеют технологические свойства: прокаливаемость, малые объемные изменения при закалке, обрабатываемость давлением, резанием, шлифуемость.

Необходимые свойства инструментальным сталям придают карбид­ные фазы, так как именно их присутствие обусловливает высокие проч­ностные показатели и твердость.

Для обеспечения необходимых свойств применяют специальное ле­гирование и термическую обработку. Так, обеспечение теплостойкости достигается легированием сталей вольфрамом, молибденом, ванадием, а легирование хромом и марганцем повышает их прокаливаемость. Термическая обработка инструментальных сталей, как правило, вклю­чает закалку и низкий отпуск. В результате такой обработки получают твердость сталей 60...65 НКС и предел прочности при изгибе σ_и = 250...350 МПа. Режимы термической обработки в зависимости от химического состава сталей и требований к их твердости и прочности установлены ГОСТ 5950-73 и 19265-73.

Инструментальные стали классифицируются (ГОСТ 1435—90 и 5950—73) по основному потребительскому свойству на стали высокой твердости, повышенной вязкости и теплостойкие. Стали высокой твер­дости и повышенной вязкости используются как нетеплостойкие.

Инструментальные стали высокой твердости по химическому составу могут быть высокоуглеродистыми (0,68...1,35% С) и низколегированными (Мп, 81, Сг и др.). Структура этих сталей после термообработки — мар­тенсит и перлит. Температуры эксплуатации изделий из таких сталей -до 190...225°С, при этом их твердость равна 60...68 НК.С.

Инструментальные стали высокой твердости (У10...У13, У10А...У13А, 13Х, ХВСГ, 9ХФ, 7ХГ2ВМ и др.) делят по прокаливаемое™ на стали не­большой, повышенной и высокой прокливаемости. Величина прокаливаемое™ определяет размер изделия. Так, инструментальные стали небольшой про-каливаемости используют для изготовления тонкого инструмента диамет­ром менее 12...15 мм, а стали высокой прокаливаемое™ — для массивного инструмента и инструмента сложной формы.

Среднеуглеродистые (0,3..0,5% С) стачи 30, 35, ..., 55 используются после нормализации, улучшения и поверхностной закалки. После улучшения ста­ли 40, 45, 50 имеют следующие механические свойства: а_в= 600...700 МПа; а_{0 2} = 400...600 МПа; у = 50...40% и КШ = 0,4...0,5 МДж/м². Прокаливав -мость этих сталей невелика. Стали 30, 35, 40, 45 используются для изготовле­ния деталей, от которых требуется сочетание высокой прочности с вязкостью сердцевины (оси, валики, винты, шайбы, втулки, коленчатые валы и др.).

Стали 60, 65, ..., 85 с высоким содержанием (0,6...0,85%) углерода обла­дают повышенными прочностью, износостойкостью и упругими свойства­ми. Их применяют после закалки и отпуска, нормализации и отпуска и по­верхностной закалки. Из сталей 65, 70, 75, 80, 85 изготавливают детали, ра­ботающие в условиях трения и вибрационных нагрузок: прокатные валки (сталь 60), крановые колеса (сталь 75), диски сцепления и впускные клапа­ны компрессоров (сталь 85), а также пружины и рессоры (ГОСТ 14959—79).

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435—90) выпускаются ачественными (содержание серы не превышает 0,03%, фосфора -,035%) и высококачественными (серы не более 0,02% и фосфора -,03%). В конце марки высококачественных углеродистых инструмен-альных сталей ставится буква А.

В углеродистых инструментальных сталях буква У в обозначении :арки означает «углеродистая сталь», а цифра показывает содержание глерода в десятых долях процента.

Стали У7 (доэвтектоидная ферритно-перлитная) и У8, У8А (эвтектоид-ные) наиболее пластичные из углеродистых инструментальных сталей. Они идут на производство молотков, стамесок, долот, зубил. Из сталей У10, У11, УНА изготавливают резцы, сверла, метчики, фрезы, плитки и прочий мерительный и режущий инструмент для резания мягких материалов, а из сталей У12, У13, У13А — инструмент, работающий без ударных нагрузок (напильники, рашпили, бритвы).

Стали повышенной вязкости по химическому составу являются сред-неуглеродистыми (0,60...0,74% С) и среднелегированными (Мп, 81, Сг и др.). Температура эксплуатации изделий из этих сталей, как правило, менее 200°С, а их твердость — 62 ИКС. Стали повышенной вязкости (У7, У7А, 7ХФ, 6ХС) используются для изготовления инструментов для обработки древесины (пилы, ножи и др.).

Инструментальные теплостойкие стали по температуре эксплуатации в свою очередь делят на стали собственно теплостойкие (500...800°С) и полутеплостойкие (до 500°С). По химическому составу эти стали яв­ляются углеродистыми (0,22...1,65% С), высоколегированными (Мп, 81, Сг, №, Мо и др.).

Теплостойкие стали высокой твердости объединяют в группу так на­зываемых быстрорежущих сталей, маркируемых по ГОСТ 19265—73. Буква Р в марке обозначает «режущие». После буквы Р следует цифра, указывающая среднее содержание в процентах вольфрама -- главного легирующего элемента этих сталей (буква В -- его условное обозначе­ние — пропускается); затем, как и в остальных сталях, буквами обозна­чаются другие легирующие элементы с цифрами, указывающими их со­держание в процентах, если это содержание больше 1...2%. В состав всех быстрорежущих сталей непременно входят углерод (0,8...1,25%), хром (около 4%) и ванадий (1...2%), содержание которых в марке не указывается.

Фазовый состав быстрорежущих сталей в отожженном состоянии представлен легированным ферритом и карбидами М₆С, М₂₃С₆, МС, М₃С. Основным карбидом является М₆С. Количество карбидной фазы в стали Р18 достигает 25...30%, а в стали Р6М5 — 22%.

Обработка быстрорежущих сталей включает горячую ковку литых заготовок, отжиг, закалку и многократный (чаще трехкратный) отпуск.

Структура после закалки - - мартенсит + карбиды + остаточный аусте-нит. Отпуск вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит и дисперсионное твердение. Это сопровождается увеличением твердости до НКС 64 (вторичная твердость) за счет выделения частиц цементита. Для улучшения режущих свойств и повышения износостойкости некото­рые виды инструментов подвергают низкотемпературному (540...570°С) цианированию, в результате которого на поверхности стали образуется тонкий слой высокой твердости (1000...1100 НУ).

Полутеплостойкие (Х12М, 5ХНМ) и теплостойкие (Р12, Р6М5, Р18; Р12ФЗ, Р13Ф4К5, Р9М4К8; В11М7К23, 4Х5МФС, 4Х5В2ФС, 4Х4ВМФС, 45ХЗВЗМФС, 2Х8В8М2К8) стали используются для изготовления режущих инструментов (например, фрезы, сверла), штампов, пуансонов. Для инстру­ментальных сталей при температуре эксплуатации до 650°С твердость должна быть 60...62 НКС, а для штамповых при температуре до 700°С — 45...52 НКС.

Инструментальные стали, используемые для изготовления измери­тельного инструмента (плиток, калибров, шаблонов), помимо твердости и износостойкости должны обеспечивать постоянство размеров этих инструментов и хорошо шлифоваться. Обычно используют стали У8...У12, X, ХВГ, Х12Ф1. Необходимые требования обеспечиваются обработкой холодом до — 60°С (нередко многократной) и отпуском при 120...130°С непосредственно после закалки.

Измерительные скобы, шкалы, линейки и другие плоские и длинные инструменты изготовляют из листовых сталей 15, 15Х. Для получения рабо­чей поверхности с высокими твердостью и износостойкостью инструменты подвергают цементации и закалке.

 

 

1 Материаловедение, Ржевская С.В., Москва, «Логос», 2006, 422 стр.

 

[1] Ошибка! Ошибка связи.

[2] Ошибка! Ошибка связи.

⇐ Предыдущая17181920212223242526

Поделиться: