Инструментальная сталь

Инструментальная сталь (ИС) относится к категории углеродистых сталей и используется для создания измерительного, режущего инструмента, штампов и некоторых деталей. К основным достоинствам материала относят высокую вязкость, твердость, теплопроводность и прокаливаемость.

Основные особенности представленных материалов

Все виды инструментальной стали имеют ряд обязательных технологических характеристик.

К ним относят:

1. Хорошую обрабатываемость резкой.

2. Стойкость к перегреву.

3. Пластичность (в горячем состоянии).

4. Малую склонность к образованию трещин.

5. Шлифуемость.

6. Малую восприимчивость к привариванию и прилипанию.

Сфера применения представленных металлов

Инструментальные стали применяются для производства:

• разнообразных инструментов,
• штампов холодного и горячего деформирования,
• деталей машин, демонстрирующих стойкость к износу при умеренных динамических нагрузках.

Рассмотрим несколько вариантов использования определенных видов материала:

1. У7, У7А. Такие стали используются для создания инструментов по дереву (топоров, долот, зубил, кузнечных штампов, боковых кусачек и др.).

2. У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А. Эти инструментальные стали применяются для создания инструментов, при использовании которых температура режущей кромки не повышается (накатных роликов, обжимок для заклепок, бородок, кусачек, щупов и др.).

3. У10А, У10А. Эти стали используются для создания игольной проволоки.

4. У12, У12А. Сталь данных марок применяется для создания напильников, ручных метчиков, штампов холодного деформирования, мелких штемпелей, пуансонов, калибров простой формы.

5. У13, У13А. Сталь этих марок используется для создания инструментов с повышенной износостойкостью, применяемых при умеренных и значительных удельных давлениях (лезвий, ножей, напильников, шаберов, гравировальных изделий и др.).

Чтобы правильно сделать выбор в пользу определенных сталей, нужно учесть всех их эксплуатационные свойства и важнейшие характеристики. Только в этом случае вы сможете успешно решить поставленные задачи.

Сортамент инструментальной стали

ИС поставляется потребителям в следующем сортаменте:

• круг и квадрат горячекатаные,
• квадрат, круг и полоса кованые.
• Продукция может создавать из углеродистой, легированной или быстрорежущей стали.

Марки ИС

В настоящий момент единой системы маркировки не существует.

В России, странах СНГ применяется система, действующая в СССР (буквенно-цифровая).

1. Цифры в маркировке указывают на процентное содержание в стали определенных химических элементов.

2. Буквы уточняют наименование таких элементов.

В странах Евросоюза маркировка выполняется согласно положениям стандарта EN 100 27, состоящего из двух частей.

1. Стали получают наименование.

2. Сталям присваиваются порядковые номера.

Стандарты

Все виды материалов создаются в соответствии с ГОСТами:

1. Инструментальные углеродистые стали – ГОСТ 1435- 54. Подразделяются на низкоуглеродистые (содержание углерода до 0,25%), среднеуглеродистые (от 0,3 до 0,55%) и высокоуглеродистые (от 0,6 до 2%). В соответствии с ГОСТ обозначаются марками от У7 до У13. В некоторых случаях в маркировку включается буква А. Она означает высокое качество сплава.

2. Легированные – ГОСТ 5952-51. Такие сплавы обозначаются цифрой, характеризующей массовое содержание углерода в десятых долях процента. За цифрой следуют буквы. Они соответствуют легирующим элементам (С – кремний, Х – хром, Ф – ванадий и др.).

3. Быстрорежущие – ГОСТ 5952-51.Такие сплавы обозначаются буквами, соответствующими карбидообразующим и легирующим элементам. За буквой указывается цифра, которая отражает среднее содержание элемента в процентах.

Виды инструментальных сталей

Углеродистые стали

Такие сплавы отличаются высочайшей твердостью при инструментальной обработке, обеспечиваемой в ходе закалки. Причем марки У7 и У8 подвергаются полной закалке, а У9-У13 – неполной.

Критический диаметр продукции не превышает 15 мм. По этой причине стали используют для производства мелкого инструмента с сечением до 25 мм. При нагреве до температуры выше 200 градусов материал утрачивает прочность.

К основным достоинствам сплава по сравнению с легированной и быстрорежущей сталью относятся:

1. Возможность закалки при относительно невысоких температурах.

2. Получение поверхностного слоя повышенной твердости и износостойкости при сохранении вязкости сердцевины.

3. Хорошая обрабатываемость резанием и давлением. Благодаря этому свойству на инструмент можно наносить насечку, накатку и др.

Легированные стали

Такие сплавы получают на базе углеродистых путем легирования их вольфрамом, хромом, кремнием, ванадием и иными элементами. Специальная обработка позволяет повысить устойчивость готовой продукции и ее большую прокаливаемость. Кроме того, материалы отличаются высокой вязкостью, меньшей склонностью к деформациям. Из легированных инструментальных сплавов марок 9ХС, ХВГ, Bl, XB5 создаются инструменты со сложной конфигурацией.

Быстрорежущие стали

Такие сплавы применяются для производства режущего инструмента, отличающегося высокой твердостью, работающего на высоких скоростях. При обработке твердых материалов, снятии стружки большого сечения кромка инструмента нагревается. По этой причине важно производить изделия из инструментальных сталей, обладающих способностью сохранять твердость даже при повышении температуры поверхности.

Существует несколько разновидностей быстрорежущих инструментальных сталей:

1. Умеренной красностойкости. В данную группу включены сплавы, легированные молибденом и вольфрамом. Данные стали сохраняют высокую твердость при нагревании до 620 градусов.

2. Повышенной красностойкости. В эту группу входят сплавы, отличающиеся высоким содержанием ванадия, легированные кобальтом. Данные стали сохраняют твердость при нагревании до 650 градусов.

Штамповые стали

Материалы, используемые для создания штампового инструмента, обладают высокой сопротивляемости пластической деформации и износостойкостью. В некоторых случаях к сплавам предъявляются высокие требования, касающиеся теплостойкости. Если сталь инструментальная идет на создании штампов больших размеров, она должна обладать высокой прокаливаемостью и незначительно изменять объем при закалке.

Существует 2 класса инструментальных штамповых сталей:

1. Материалы для штампов холодного деформирования. Сплав является высокоуглеродистым, количество легирующих элементов определяется его прокаливаемостью и износостойкостью.

2. Материалы для штампов горячего деформирования. Сплав является прочным, вязким, тепло- и износостойким.

Твердые сплавы

Такая сталь инструментальная производится методом порошковой металлургии. Для этого порошки титана, вольфрама и тантала смешивают с кобальтом и прессуют в формы. После этого сталь инструментальная запекается при температуре 150-200 градусов.

Твердые сплавы используются для создания инструментов, позволяющих обрабатывать различные материалы на максимально высоких скоростях.

Все представленные стали делятся на 3 группы:

1. Однокарбидные. Такие твердые сплавы содержат карбиды вольфрама. Они отличаются максимальной прочностью. С увеличением содержания кобальта повышается сопротивление сплавов ударным нагрузкам. При этом снижается их износостойкость.

2. Двухкарбидные. Такие твердые сплавы содержат еще и карбиды титана. Их применяют для чернового и чистового точения, строгания и фрезерования стали инструментальной.

3. Трехкарбидные. Такие твердые сплавы содержат еще и карбиды тантала. Их используют для чистовой и черновой обработки труднообрабатываемых материалов (жаропрочных сталей и сплавов).

Ограничения, налагаемые на использование отдельных марок ИСУ

Сегодня выпускается 16 марок ИСУ. Почти половина из них имеет определенные ограничения на использование.

Рассмотрим некоторые из них:

1. Сталь У9А и У9. Эти марки отличаются невысокими показателями прочности и пластичности. Это обусловлено тем, что в процессе закалки увеличивается зернистость. Это приводит к повышению вероятности коробления сплава, его деформации.

2. Сталь У13, У12, У12А, У13А. Эти марки содержат большое количество углерода. Это приводит к увеличению хрупкости металла после закалки. Такие стали не используют для изготовления пресс-форм и штампов.

Наличие ограничений не говорит о том, что материал имеет низкое качество! Важно лишь выбирать соответствующую сферу использования сплава и соблюдать установленные требования.