Марки и виды инструментальной стали: описание углеродистых, легированных и быстрорежущих

Углеродистые инструментальные стали используются для изготовления литейных пресс-форм, измерительных приспособлений, режущего инструмента, разнообразных высокоточных изделий.

Сталь является главной продукцией современной черной металлургии. При этом из всего объема выпускаемой в настоящее время стали примерно 10 процентов приходится на легированные ее марки, а остальной ассортимент готовой продукции состоит из углеродистых сплавов. Это означает, что именно они представляют собой основной промышленный металлический материал.

Причины популярности углеродистых составов заключаются в относительной дешевизне их производства, а также в хорошем сочетании их технологичности и эксплуатационных характеристик (адекватные затраты на резку, обработку сваркой и давлением).

Рекомендуем ознакомиться

Интересующие нас инструментальные стали представляют собой сложные сплавы, в которых ключевым компонентом является железо. Данного химического элемента в них содержится до 99,5 процентов (минимум – 97). К другим составляющим сплавов относят:

• никель, хром, медь (их наличие в готовом продукте обусловлено разными обстоятельствами);
• азот, фосфор, водород, кислород, сера (такие элементы остаются в сплаве потому, что их не удается полностью удалить из него);
• кремний, марганец (данные примеси появляются из-за технических нюансов, связанных с процессом выплавки металла).

А вот углерод, который даже в очень малых количествах оказывает существенное влияние на параметры готовой продукции, в углеродистые сплавы вводится специально. Он позволяет модифицировать структуру металла.

Она будет перлитной и ферритной в тех случаях, когда углерода в стали имеется менее 0,8 %, цементитной и перлитной при содержании углерода более 0,8 % и чисто перлитной при содержании углерода ровно 0,8 %.

Сплавы с большим количеством углерода характеризуются:

• малой пластичностью и ударной вязкостью;
• превосходной прочностью;
• высоким пределом хладоломкости.

Для нивелирования негативного влияния примесей окислов железа на характеристики готовой стали, содержащей углерод, используется:

• Кремний: в металле он остается исключительно в форме силикатных включений, остальная же его часть (практически вся) растворяется в феррите.
• Марганец: данный элемент также применяется для раскисления стального сплава. Он, во-первых, увеличивает показатель прочности горячекатаных листов металла, во-вторых, удаляет из цементита и феррита соединения железа с серой, которые снижают качество металла. Влияние марганца на характеристики разных марок стали почти всегда идентичное, так как в них он содержится примерно в одинаковых количествах.

Сейчас наиболее эффективным вариантом производства стальных сплавов считается кислородно-конверторная технология, длительность которой составляет не более одного часа. Кроме того, выплавляют их в электрических и мартеновских печах, конверторах бессемеровского типа.

Получение бессемеровской стали предполагает продувку воздухом чугуна, находящегося в жидком состоянии.

Эта методика достаточно производительна, но имеет немало недостатков – выплавленный металл сильно загрязнен примесями неметаллического характера, склонен к быстрому старению, имеет малую прочность, что вызвано высоким содержанием в нем азота и других газов. Кроме того, из бессемеровского металла не удается в должной мере удалить фосфор и серу.

А вот кислородный конвертор дает возможность убрать фосфор и серу до требуемого безопасного уровня. При этом не будет фиксироваться и повышенного содержания азота.

Мартеновская технология обеспечивает металлу параметры аналогичные составам, выплавляемым по кислородно-конвертерному способу.

Но длительность плавки в мартеновской печи составляет порядка 11 часов, что, конечно же, экономически нецелесообразно.

Максимальное удаление фосфора, серы и кислорода из углеродистых сталей становится возможным при использовании индукционных либо дуговых электрических печей. Металл, выплавленный в таких агрегатах, признается по-настоящему качественным.

Он предназначается для изготовления наиболее ответственных конструкций и изделий. Часто углеродистая инструментальная сталь производится именно в электропечах.

К сожалению, такая плавка очень дорогая, поэтому многие металлургические предприятия предпочитают производить продукцию по более экономным технологиям.

Готовый металл причисляют к различным группам, учитывая те или иные его показатели. Принято подразделение стали по качеству:

• содержание серы и фосфора менее 0,03 % – высококачественный металл;
• содержание фосфора менее 0,035 %, а серы менее 0,04 % – качественная сталь;
• содержание серы до 0,05 % и фосфора до 0,04 % – продукция обыкновенного качества.

• Инструментальные стали могут быть исключительно высококачественными и качественными, конструкционные – качественными и обыкновенного качества.
• По содержанию углерода стальные сплавы делят на высоко-, средне- и малоуглеродистые (углерода в них содержится соответственно – более 0,6, ровно 0,6 и не более 0,25 процентов), а по структуре на:

• заэвтектоидные;
• эвтектоидные;
• доэвтектоидные.

Под таковыми понимают сплавы, в которых количество углерода варьируется в пределах 0,65–1,35 % (ГОСТ 1435–99). Используются они для изготовления:

• ножовочных полотен, разных видов сверл, резцов, измерительного инструмента, напильников (марки – от У11 до У13А);
• пневматического инструмента, плоскогубцев, зубил, кусачек, молотков (У7А и У7);
• матриц для штамповки в холодном виде, разверток, сверл, плашек, специальных метчиков (У10А и У10, У9А и У9);
• ножниц, штампов, ножей, фрез, инструмента для обработки дерева, пуансонов, зенковок (У8А и У8).

Из маркировки таких сталей можно узнать, какое в них имеется содержание углерода. Так, если мы видим перед собой сплав с маркировкой У11, это означает, что в нем углерод присутствует в количестве 1,1 %, У8 – 0,8 % и так далее.

Литера А, добавляемая в конце, указывает на повышенное качество металла (фосфора в нем содержится не более 0,025 %, серы – не более 0,018 %).

В качественных же углеродистых сталях, применяемых для производства инструментов, серы может содержаться до 0,028 %, фосфора – до 0,03 % включительно.

Особенность подобных составов заключается в том, что они могут использоваться при сравнительно небольших (в пределах 200 градусов Цельсия) рабочих температурах. Их теплостойкость, таким образом, является невысокой.

При нагреве более 200° режущая кромка инструмента из углеродистых сталей значительно уменьшает показатель своей твердости (до 15–18 HRC с 62–63).

Понятно, что с такими характеристиками ни о каком качестве инструмента уже не может идти и речи.

Углеродистый металл для изготовления инструмента всегда отжигается с целью придания изделиям из него высокой твердости и оптимальной структуры. После отжига также в обязательном порядке проводят закалку стали и ее отпуск. Последний осуществляется при определенной температуре (не более 290 °С), конкретный показатель которой обусловлен нужной твердостью инструментов.

Источник: http://tutmet.ru/uglerodistye-instrumentalnye-stali.html

Характеристики и классификация инструментальных сталей

Инструментальная сталь отличается тем, что в ней содержится более чем 0.7% углерода. Главное её отличие состоит в повышенной прочности и твёрдости, потому она используется в производстве разнообразных рабочих инструментов.

За счёт своей невысокой цены и высокой твёрдости сплава, данный материал наиболее востребован. Однако он имеет определённый недостаток – это низкий уровень устойчивости к износу.

Потому сплав не используется при производстве автомобильных деталей и оборудования, которое испытывает постоянную нагрузку.

Разделение проходит на качественные и высококачественные виды. Отличие заключается в том, что в качественной стали имеется 0.03% серы и 0.035% фосфора, а в высококачественной – 0.02% серы и 0.03% фосфора.

По ГОСТу допускается выпуск нижеперечисленных:

• У7.
• У8.
• У8Г.
• У9.
• Н10.
• У11.
• У12.
• У13.
• У7А.
• У8А.
• У8ГА.
• У9АЮ
• У10А.
• У11А.
• У12А.
• У13А.

Среди качественных инструментальных, чаще всего присутствуют те, в которых нет литеры «А», потому как это имеет отношение к высококачественной марке. Буква «У» обозначает содержание углерода. Идущее за ней число обозначает десятые доли процента углерода, содержащегося в данной марке. Когда после чисел расположена буква «Г», это значит то, что сплав содержит марганец.

Происходит классификация по трём видам:

• Углеродистая.
• Легированная.
• Быстрорежущая (сюда же входит штамповая).

Углеродистая

Углеродистая инструментальная сталь теряет свою прочность при нагревании, потому их применяют при изготовлении инструментов, которые работают на низкой скорости, на простом условии резания.

Это связано с тем, чтобы во время трения температура не превышала 200 °С. Обычно его применяют при создании свёрла, напильника, метчика, развёртки.

Потому как её показатель свариваемости низкий, то для сварных конструкций её не используют.

Легированная

Легированный тип инструментальной стали содержит в себе немного другой состав. В него включены добавки марганца, никеля, меди и прочих элементов. За счёт них улучшается характеристика металла. Здесь будет обязательной маркировка, так как она требует указания наличия элементов литерами:

• Когда добавлен марганец – Г.
• Хром – Х.
• Ванадий – Ф.
• Кремний – С.
• Вольфрам – В.
• Медь – Д.
• Никель – Н.
• Титан – Т.
• Молибден – М.

Читайте так же:  Травление нержавеющей стали. Показания. Методы травления.

После обозначения элемента могут располагаться цифры. Цифры обозначают вместимость указанного элемента в %. Когда цифра отсутствует – количество будет около 1%.

Когда обозначается легированная инструментальная сталь, то вначале указано количествово углерода, которое выражено в десятых долях процента. Для примера, если взять маркировку 6ХС, то углерода будет 0.6 и 1% хрома и кремния.

Главная сфера применения – это режущий и штамповый инструмент. Это также не совсем подходящий вариант для сварных конструкций.

Быстрорежущая

Быстрорежущая сталь маркируется вначале литерой «Р». Далее идёт число, которое обозначает массовую вольфрамовую долю. После этого идут буквенные обозначения элементов, содержащиеся в сплаве:

• Молибден – М.
• Ванадий – Ф.
• Кобальт – К.
• Азот – А.

Далее идут цифровые обозначения массовой доли. В некоторых случаях в маркировке может бить литера «Ш», которая обозначает «электрошлаковый переплав». При маркировке доля хрома не обозначается. Тоже и с массовой долей молибдена, когда он не превышает 1%.

Данный вид хорошо подходит для режущего инструмента, который испытывает сильный нагрев при трении (от 600 – 6500 °С). Он не теряет твёрдость и не подвержен деформации. Помимо этого, быстрорежущая инструментальная сталь имеет хорошие возможности для сваривания стыковой электросваркой с марками 45 и 40Х.

Обработка инструментальных сталей

Среди методов обработки существуют следующие:

Закалка

Закалка – это термообработка инструментальных сталей, во время которой материал нагревается до оптимальной температуры, выдерживается на температуре, после чего мгновенно охлаждается для получения неравновесной структуры.

После закалки у изделия увеличивается твёрдость, прочность и понижается пластичность металла. Главным параметрам качества, которым обладает закалка инструментальной стали, считается температура нагревания и быстрота охлаждения.

Сварка

Всегда сварка инструментальной стали считалась одним из наиболее сложных видов. Для этого используются электроды, которые предназначаются для сваривания инструментальной стали.

Инструментальная сталь значительно отличается от других типов сталей за счёт того, что в её составе содержится большое кол-во углерода. Стоит помнить, что для сваривания не подходит марка, которая не способна выдерживать высокую температуру.

То бишь углеродистая не подходит для сваривания. Лучше всего для этого подойдут легированные металлы.

Отпуск

Следующим этапом после закалки является отпуск. Это требуется, чтобы снять напряжение хрупкого мартенсита, который образуется при закалке, а также, чтобы уменьшить содержание остаточного аустенита. Большая часть инструментальной стали имеет довольно обширную область температур отпуска.

Рекомендуют для использования наиболее высокую температуру отпуска, так как это придаст инструменту прочность. Материал должен остывать до температуры 65 градусов, после чего до комнатной температуры между и после отпусков.

Есть также многократный отпуск, который используется для большинства сложнолегированных инструментальных сталей.

Чтобы обработать инструментальную сталь используют штамповку. Есть 2 вида штамповки:

• В которых деформация металла происходит в холодном состоянии.
• В которых деформация металла происходит в горячем состоянии.

Когда штамповка происходит в горячем состоянии, металл, на который воздействуют сближающиеся половинки штампа, начинает деформироваться и заполнять внутреннюю полость штампа. При штамповке улучшается качество поверхности и точность формы.

Каждый этап должен быть проведён только специалистами своего дела. Это важно, так как нарушение технологий производства не гарантирует заявленным качествам изделия, потому важно тщательно выбирать поставщика.

Инструментальная сталь, в некотором роде является удобным и незаменимым материалом, потому её использование в мире является повсеместным. Это связано с тем, что твердость инструментальной стали подходит своими качествами для производства множества рабочих инструментов.

Источник: http://solidiron.ru/steel/kharakteristiki-i-klassifikaciya-instrumentalnykh-stalejj.html

6.Углеродистые и легированные инструментальные стали. Характеристики, область применения, марки

1.1
Углеродистые инструментальные стали ГОСТ 14350-90, твёрдость 62-66 HRC,
теплостойкость 200-250ْ
С,
ориентировочная скорость резания 10-15
м/мин.

Марки:
У7А, У8А (слес), У10А, У12А (машин)

Область
применения: машиноручной, мелкор-рный
инстр

1.2
Легированные инструментальные стали ГОСТ 5950-73. Отличаются от углеродистых
инструментальных сталей легированием
элементов в небольшом количестве.

• Л.элементы:
  Cr,
  W,
  V,
  Mo,
  Mg,
  Si
• Свойства:
  62-67HRC,
  теплостойкость 200-250ْ
  С,
  но при легировании Cr
  > 5% она достигает 510
  ْ
  С;
  скорость резания до 25 м/мин
• Легированные
  инструментальные стали подразделяются
  на две группы – обработка металла в
  холодном
  и
  горячем
  состоянии.
• Марки
  для изготовления лезвийного инструмента:
  9ХС,
  ХВГ, ХВЧФ, Х6ВФ, Х12МФ
• Область
  применения:
  мелкоразмерный инструмент, длинномерный
  инструмент (ХВГ), развёртки и резцы для
  тонкого точения (W>1%,
  ХВЧФ), выдавливающий и накатной инструмент,
  ленточные пилы.

7. Быстрорежущие стали. Характеристики, область применения, марки

1.3
Быстрорежущие инструментальные стали
(высоколегированные) ГОСТ 19256 – 73

Введение
в состав стали значительного количества
легированных элементов образующих
сложные карбиды повышают теплостойкость
до 700
ْ
С,
и позволяют работать при скоростях до
50-60 м/мин.

Л.
элементы:
Cr,
Mo
(повышает теплостойкость, а при
определённых условиях и теплопроводность),
Co
(повышает прочность).

1.3.1
Нормальной теплостойкости.

1. Свойства:
   61-63 HRC,
   теплостойкость 620 – 625 ْ
   С
2. Марки:
   P18,
   P9,
   P6М5,
   11РА, М3Ф2, 9Х6М3Ф3А
3. Область
   применения:
   обработка углеродистых и легированных
   конструкционных сталей

1.3.2
Стали повешенной теплостойкости.

• Свойства:
  63 – 65 HRC,
  630 – 640 ْ
  С
• Марки:
  Р12Ф3, Р6М3Ф5, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8, Р2АМ9К5,
  17М6Ф5Б-П
• Область
  применения: чистовая
  и получистовая обработка легированных
  и полулегированных вязких сталей
  (Р12Ф3), обработка труднообрабатываемых
  материалов (коррозионных)

1.3.3
Высокой теплостойкости (с
интерметаллидным упрочнением)

1. Свойства:
   68 – 70 HRC,
   теплостойкость 700 – 720 ْ
   С
2. Марки:
   В11М7К23, В14М7К25
3. Область
   применения:
   труднообрабатываемые, в том числе
   титановые сплавы

Одним
из направлений повышения свойств
является получение их методом порошковой
металлургии.

Это позволяет получить
равномерное распределение карбидов, и
их чрезвычайно мелкие размеры, что
способствует повышению прочности,
уменьшению радиуса режущей кромки,
увеличению технологических свойств.

Если сталь получена методом порошковой
металлургии, то в обозначении марки
через тире добавляется П или МП.

9. Минералокерамические и сверхтвердые материалы. Характеристики, область применения, марки

3)
Минералокерамика
(ГОСТ 26630-85). Это инструментальный материал
с высокой твёрдостью и теплостойкостью
≈1500°C,
что определяет диапазон скорости резания
300-1000 м/мин.

3.1.
Оксидная минералокерамика («белая»,
чистая). Основу составляет Al2O3,
так как более 99% оксида алюминия.

• Свойства:
  92-96 HRA,.
• Теплост 1100-1500
• Марки: ВО-13, ЦМ-332,
  ВШ-75.
• Область
  применения: чистовая и получист обработка
  без удара не т/о сталей и чугунов с
  высокой скор резания.

3.2.
(«чёрная», смешанная). Композиция оксидов
алюминия (Al2O3)
с карбидами Ti,
оксидами циркония, нитридами Ti.

1. Свойства:
   92-94 HRA,
   1100°C.
2. Марки: В-3, ВОК-60,
   ВОК-63, ВОК-71, ОНТ-20.
3. Область
   применения: чистовая и получист и прерыв
   обработка закал сталей (до 65 HRC)
   и чугунов (более 260 НВ), цветных сплавов,
   жаропрочных, никелевых.

1. Нитридная керамика (сиалоны).

• Состоит:
  Si3N4
  (нитрид кремния) + Al2O3
  + Y2O2
  + ZrO2
• Свойства:
  94-96 HRA
  , до 1200°C.
• Марки: СИЛИНИТ-Р,
  ВРК-20
• Область
  применения: получистовая и предвар
  обработка труднообраб чугунов и жаропрочн
  никел сплавов.
• 4)
  Сверхтвёрдые
  материалы (СТМ).
• К
  материалам данной группы относятся
  материалы по шкале Виккерса HV>35000
  при 20°C
  (а инструментальные стали HV
  8000-10000).

Инструменты,
оснащённые сверхтвёрдыми материалами,
позволяют осуществлять высокоскоростную
обработку резанием, 1000-3000 м/мин. Обеспечивая
параметр шероховатости обработанной
поверхности Ra=0,1
мкм. Эффективное использование инструмента
из минералокерамики возможно лишь при
условии высокой жёсткости технологической
системы.

4.1.
Сверхтвёрдые материалы на основе
поликристаллического кубического
нитрида бора (ПКНБ).

От
технологии получения различают три
группы данных материалов:

• Синтез из графитоподобного нитрида бора HV 80000, 1300-1500°C.

марки:
Композит 01 (Эльбор-Р); Композит 02 (Белбор).

Область
применения: чистовая обработка без
ударов зак стали, высокотвёрдого
материала.

• Синтез из вюрцитного нитрида бора.

1. свойства:
   HV
   60000, 1100°C.
2. Марки:
   Композит 10 (Гексанит-Р), Композит 10Д,
   Композит 09 (ПТНБ)
3. Область
   применения: чистовая обработка
   высокотвёрдых материалов с ударом

• Получение спекание зёрен кубического нитрида бора

• свойства:
  HV
  50000, 1100°C.
• Марки:
  Композит 05, Композит 06, Томал -10
• Область
  применения: получистовая и чистовая
  обработка закал сталей и вязких
  жаропрочных сплавов.

4.2.
На основе поликристаллических алмазов
(ПА):

Свойства:
HV 100000,
700°-800°C.

Марки: АСБ (баллас),
АСПК(карбонада).

• Спекание зёрен синтетических алмазов

1. Свойства:
   HV 100000,
   950°C.
2. Марки: СВБН, карбонит
   СКМ
3. Область
   применения: обработка цветных металлов,
   твёрдых сплавов, неметаллических
   материалов.

4.3. Композиц СТМ:

Получ спеканием
алмазных зерен и зерен нитрида бора
марки СВНБ

Обл-ть: обраб
цветных сплавов, тв сплавов, неметаллов.

Источник: https://studfile.net/preview/5762166/page:7/

Углеродистые инструментальные стали: свойства и область применения

Характеристики, которыми отличаются углеродистые инструментальные стали, позволяют успешно использовать данный материал не только для изготовления инструмента различного назначения, но и для производства пресс-форм для литья, измерительных приспособлений, а также других изделий, к точности геометрических параметров которых предъявляются повышенные требования.

Свойства углеродистых сталей позволяют применять их при изготовлении пресс-форм для высокоточного литья

Основные особенности

Современная металлургическая промышленность производит сталь в значительных объемах, поскольку это один из основных конструкционных материалов.

Доля сталей, состав которых обогащен легированными элементами, составляет в данном объеме только 10%, остальная часть – это конструкции и изделия из обычных углеродистых сплавов.

Данный факт свидетельствует о том, что именно углеродистые стали можно назвать основным материалом, используемым в современной промышленности.

Изделия из углеродистых сталей окружают нас повсюду

Широкая распространенность углеродистой стали объясняется:

• невысокой стоимостью производства;
• хорошей обрабатываемостью различными методами (резанием, давлением, сваркой);
• хорошими эксплуатационными данными.

Инструментальные стали, относящиеся к сплавам углеродистой группы, отличает сложный химический состав, основу которого (97–99,5%) составляет железо. Кроме последнего, в них содержатся следующие элементы:

• хром, никель и медь (их добавляют специально);
• сера, фосфор, азот, кислород, водород (данные элементы присутствуют в инструментальной стали потому, что их невозможно совсем удалить при ее очищении);
• марганец и кремний (их появление определяется особенностями производства инструментальных углеродистых сталей).

Содержание основных химических элементов в углеродистой стали

Значительное влияние на характеристики инструментальных сталей оказывает углерод, который намеренно вводится в их состав. От количества данного элемента зависит модификация структуры сплава.

Так, у инструментальных сталей, в составе которых менее восьми десятых процента углерода, перлитная и ферритная внутренняя структура, более восьми десятых процента – цементитная и перлитная, ровно восемь десятых процента – полностью перлитная.

Большое количество углерода в составе инструментальных углеродистых сталей определяет следующие их характеристики:

• невысокую пластичность и хорошую ударную вязкость;
• исключительно высокую прочность;
• устойчивость к холодной механической обработке.

Твердость металлопродукции из углеродистых сталей

На характеристики сплавов, которые содержат в своем составе значительное количество углерода, негативное влияние оказывают окислы железа. Чтобы уменьшить это влияние, в состав углеродистых сталей специально вводят следующие элементы:

• кремний (часть объема данного элемента преобразуется в форму силикатных включений, остальное его количество полностью растворяется в феррите);
• марганец (используется для раскисления железо-углеродистого сплава, но при этом решает и другие важные задачи: удаление из феррита и цементита, составляющих основу сплава, соединений железа с серой, которые крайне негативно влияют на его качество; повышение прочности металлических листов, полученных по горячекатаной технологии).

Допустимые отклонения по химическому составу в прокатных изделиях, предназначенных для дальнейшей переделки

Методы производства

Самым эффективным и экономичным способом производства инструментальных углеродистых сталей, который используется уже на протяжении многих лет, является кислородно-конвертерная технология.

Заключается она в продувке жидкого чугуна, залитого в конвертер, кислородом. Продолжительность процесса производства по данной технологии не превышает одного часа.

Углеродистые стали также выплавляются в мартеновских и электрических печах, для этого используются конвертеры бессемеровского типа.

Выплавка углеродистой стали

Получение инструментальных углеродистых сталей в конвертерах бессемеровского типа отличается высокой производительностью, но имеет ряд существенных недостатков. При использовании этой технологии из готового сплава не удается удалить все примеси неметаллической природы.

В такой стали содержится значительное количество азота и других газообразных включений, которые снижают ее плотность и прочность, приводят к быстрому старению металла.

В так называемых бессемеровских сталях, кроме того, содержится много фосфора и серы, удалить которые полностью не представляется возможным.

Удалить фосфор и серу или довести их содержание в металле до допустимого уровня позволяет кислородно-конвертерный метод. Стали, полученные по данной технологии, также отличаются невысоким содержанием азота и других газообразных включений.

Чтобы выплавить сталь в такой печи, потребуется ориентировочно 11 часов, что негативным образом отражается на экономической целесообразности данного процесса.

Получить самую качественную инструментальную сталь, в которой содержится минимальное количество фосфора, серы и кислорода, позволяет технология, предполагающая использование дуговых или индукционных электрических печей.

Компактные индукционные плавильные печи лего размещаются в небольших производственных помещениях

Данная технология (наиболее дорогая из всех существующих) позволяет получать материалы, которые предназначены также для изготовления ответственных металлических конструкций. Из-за высокой стоимости данного метода многие металлургические предприятия его не используют, отдавая предпочтение более экономичным технологиям.

Классификация

Углеродистые стали, относящиеся к различным категориям, принято разделять по уровню качества на следующие типы:

• металл самого высокого качества, в составе которого присутствует не более 0,03% серы и фосфора;
• качественные стали, которые характеризуются следующим содержанием вредных примесей: фосфор – не более 0,035%, сера – не более 0,04%;
• стали обыкновенного качества, в составе которых содержится не более 0,05% серы и не более 0,04% фосфора.

Стальные сплавы, которые относят к категории инструментальных, могут быть только качественными и высококачественными. Требования к конструкционным сталям несколько ниже, в данной категории могут находиться сплавы обыкновенного качества и качественные.

Количественное содержание углерода в стальном сплаве также оказывает влияние на то, к какой категории его относят. Так, стали с содержанием углерода, не превышающим 0,25%, входят в категорию малоуглеродистых, ровно 0,6% содержат среднеуглеродистые, больше 0,6% – высокоуглеродистые.

Схема микроструктуры углеродистой стали в зависимости от содержания углерода (темное поле — перлит, светлое — феррит)

Тип структуры углеродистых сталей также может отличаться. В зависимости от него такие сплавы подразделяют на следующие категории:

• доэвтектоидные;
• эвтектоидные;
• заэвтектоидные.

Применение и маркировка

К углеродистым сталям инструментального типа относят сплавы, в которых углерод содержится в интервале 0,65–1,35%. Их химический состав, а также характеристики, которым они должны соответствовать, оговариваются положениями ГОСТ 1435-74 (есть редакция от 1999 года).

Ознакомиться со всеми требованиями ГОСТ к инструментальным сталям можно, скачав данный документ в формате pdf по ссылке ниже. ГОСТ 1435-74 Сталь нелегированная инструментальная. Технические условия Скачать

Сферы назначения инструментальных углеродистых сталей

Применение инструментальных углеродистых сталей связано с производством:

• резцов, ножовочных полотен, напильников, измерительного инструмента (марки У11-У13А);
• инструмента пневматического типа, зубил, кусачек разных типов, пассатижей, молотков (У7 и У7А);
• метчиков, плашек, разверток, сверл, матриц для холодной штамповки (У9-У10А);
• пунсонов, инструментов для зенкования, фрезерования и обработки древесины, ножей, штампов (У8 и У8А).

По маркировке инструментальных углеродистых сталей можно узнать не только о том, сколько углерода содержится в их составе, но и о категории качества, к которой они относятся. Так, обозначение У8А, например, говорит о том, что в данном сплаве, который отличается повышенным качеством, содержится 0,8% углерода.

Примеры обозначения проката из углеродистой стали

При использовании углеродистых инструментальных сталей следует иметь в виду, что изделия из них подвергают обязательному отжигу, закалке и последующему отпуску. Данные виды термообработки, проводимой при соответствующей температуре, позволяют оптимизировать структуру таких сплавов и, соответственно, значительно улучшить показатели их твердости и прочности.

Источник: http://met-all.org/stal/uglerodistye-instrumentalnye-stali-gost.html

Марки инструментальных сталей

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.

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.

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.

Источник: https://prompriem.ru/stal/instrumentalnye.html

Классификация и назначение инструментальных материалов

К инструментальным материалам относятся стали, твердые сплавы, минералокерамика и сверхтвердые материалы (СТМ).

Инструментальные стали делятся на углеродистые (ГОСТ 1435-74), легированные (ГОСТ 5950-73) и быстрорежущие (ГОСТ 19265-73). Инструментальные стали содержат углерод в количестве от 0,7 до 2,0 %, т.е. являются заэвтектоидными сталями.

• Отличительной особенностью инструментальных сталей является теплостойкость.
• Применение неметаллических материалов
• Таблица 1.2

Окончание табл. 1.2

Примечание. Знак «+» означает, что материал применяется для изготовления данных изделий, «-» — не применяется.

Таким образом, для обеспечения эффективной и высокопроизводительной обработки заготовок инструментальные материалы должны отвечать перечисленным ниже требованиям:

• ? иметь высокие механические характеристики (твердость, прочность, ударную вязкость и др.) и обладать высокой износостойкостью;
• ? быть химически инертными к обрабатываемым материалам;
• ? иметь высокие теплопроводность и теплостойкость (температуру нагрева, позволяющую сохранять твердость и режущие свойства при высоких температурах);
• ? быть достаточно технологичными и относительно дешевыми.

Наибольшее применение из углеродистых сталей получили стали

марок У10А, У11А и У12А с содержанием углерода 1,0…1,2 % и теплостойкостью 475…525 К. Легированные стали имеют такое же содержание углерода, но дополнительно легированы небольшим количеством (около 1 %) вольфрама, хрома, ванадия и других металлов.

Они имеют теплостойкость до 575 К. Наиболее распространены стали марок 9ХС, ХВГ, ВСГ, Х6ВФ.

Углеродистые и легированные стали используются для инструментов, работающих с малыми скоростями резания (метчики, плашки, ручные развертки, сверла малого диаметра, ножовочные полотна и т.п.).

Быстрорежущие стали являются наиболее распространенными инструментальными материалами. Важнейшим легирующим элементом этих сталей является вольфрам (6… 18 %). Кроме вольфрама быстрорежущие стали содержат хром, молибден, ванадий, кобальт.

Высокие режущие свойства быстрорежущих сталей во многом обеспечиваются термообработкой, особенностью которой является закалка с высоких температур нагрева (1515… 1550 К) и трехкратный отпуск при температурах 825…

835 К. Проведенная термообработка обеспечивает твердость 63…70 HRC, теплостойкость 895…995 К, прочность на изгиб 2500…4000 МПа.

Быстрорежущие стали подразделяются на стали умеренной, повышенной и высокой теплостойкости.

К сталям умеренной теплостойкости (895…

905 К) относятся вольфрамовые стали марок Р18, Р12, Р9 и вольфраммолиб- деновые стали Р6М5, Р6АМ5, Р8МЗ, Р6МЗ, 10Р6М5 (после буквы Р указывается массовое содержание в процентах вольфрама, буква А обозначает азот, а цифры после нее указывают его содержание в сотых долях процента (если цифра не указана, то содержание азота в стали составляет 0,05…0,10 %); цифра перед буквой Р обозначает содержание углерода в десятых долях процента (содержание хрома около 4 % в обозначении марок не указывается). Например, сталь марки 10Р6М5 содержит около 1 % углерода, 6 % вольфрама, 5 % молибдена, а сталь Р6АМ5 дополнительно содержит азот около 0,01 %. Эта группа сталей наиболее распространена и составляет 75…80 % общего производства быстрорежущих сталей, которые предназначены для обработки конструкционных материалов с пределом прочности на растяжение ав < 900... 1000 МПа.

Наиболее распространенными марками сталей этой группы являются Р9К10, Р9К5, Р9М4К8, Р6М5К5, 10Р6М5К5, Р10К5Ф5, Р18Ф2К8М, Р12Ф4К5, Р12МЗФ2К8.

Они предназначены для работы с труднообрабатываемыми резанием материалами: жаропрочными и титановыми сплавами, коррозионностойкими (нержавеющими), кислото- и жаростойкими сталями, а также конструкционными сталями с ав > 1000 МПа.

Например, быстрорежущая сталь Р18Ф2К8М теплостойкостью 925 К и твердостью 69…70 HRC предназначена для обработки никелевого сплава ХН67ВМТЮ, высокопрочных сталей (ств > 1600 МПа) высокой твердости. Период стойкости инструментов из этой стали в 3…4 раза выше, чем стойкость инструментов из сталей умеренной теплостойкости.

Источник: https://studref.com/591866/tehnika/klassifikatsiya_naznachenie_instrumentalnyh_materialov