Инструментальные стали.

Инструментальными сталями называют углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью (HRC_э 60…65), прочностью и износостойкостью и применяемые для изготовления различного инструмента. Обычно это заэвтектоидные или ледебуритные стали, структура которых после закалки и низкого отпуска состоит из мартенсита и избыточных карбидов.

Одной из важных характеристик инструментальных сталей является теплостойкость, т. е. устойчивость против отпуска при нагреве инструмента в процессе работы.

По теплостойкости применяемые материалы подразделяют на следующие группы:

1) углеродистые и низколегированные стали с теплостойкостью до 200 °С;

2) высоколегированные быстрорежущие стали с теплостойкостью до 600…640 °С;

3) твердые сплавы с теплостойкостью до 800…1000 °С (ВК3, ВК4, Т30К4, ТТ8К6 и т. п.);

4) сверхтвердые материалы с теплостойкостью до 1200 °С (алмаз – до 800 °С, кубический нитрид бора).

Углеродистые стали (ГОСТ 1435) производят качественными У7, У8, У9, …, У13 и высококачественными У7А, У8А, У9А, …, У13А. Буква "У" в марке означает, что это углеродистая сталь, а цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента. Их подвергают неполной закалке и низкому отпуску.

Из-за низкой прокаливаемости (10…12 мм) углеродистые стали применяют для мелких инструментов с поперечным сечением до 25 мм с незакаленной сердцевиной, у которых режущая часть приходится на поверхностный слой (метчики, развертки, напильники и т. п.).

Низколегированные инструментальные стали (ХВ4, 9ХС, ХВГ, ХВСГ) содержат до 5 % легирующих элементов, которые вводят для увеличения закаливаемости, прокаливаемости, уменьшения деформаций и опасности растрескивания инструментов.

По структуре низколегированные стали относятся к заэвтектоидным сталям перлитного класса. Их подвергают неполной закалке и низкому отпуску.

Низколегированные стали применяют для инструментов, работающих при небольших скоростях резания, не вызывающих нагрев свыше 200…260 °С. В отличие от углеродистых сталей они меньше склонны к перегреву и позволяют изготовлять инструменты больших размеров и более сложной формы.

К быстрорежущим сталям относят высоколегированные стали, предназначенные для изготовления инструментов высокой производительности. Высокая теплостойкость этих сталей обеспечивается введением большого количества вольфрама совместно с другими карбидообразующими элементами – молибденом, хромом и ванадием.

Быстрорежущие стали обозначают буквой Р, цифра после которой указывает содержание основного легирующего элемента вольфрама в процентах (ГОСТ 19265). Например, Р18, Р9 и Р6М5.

Быстрорежущие стали подвергают закалке с 1270…1290 °С и трехкратному отпуску при 550…570 °С или обработке холодом и однократному отпуску при 550…570 °С.

Твердые сплавы изготавливают методами порошковой металлургии. Порошки карбидов вольфрама, титана, тантала смешивают с порошком кобальта, играющего роль связки, прессуют и спекают при 1400…1550 °С. При спекании кобальт растворяет часть карбидов и плавится. В результате получается твердый материал, состоящий на 80…95 % из карбидных частиц, соединенных связкой. Увеличение количества кобальта снижает твердость, но повышает прочность и вязкость.

Твердые сплавы производят в виде пластин, которые напаивают на держатели из углеродистой стали. Применяют для изготовления резцов, сверл, фрез.

Инструмент сочетает высокую твердость HRC_э 74…76 и износостойкость с высокой теплостойкостью.

В зависимости от состава карбидной основы, спеченные твердые сплавы выпускают трех групп:

1) Вольфрамовую группу составляют сплавы системы WC-Co. Они маркируются буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта в процентах – ВК3, ВК10, ВК15 и т. п.;

2) Титано вольфрамовую группу образуют сплавы системы TiC-WC-Co. Они маркируются буквами «Т», «К» и цифрами, показывающими содержание карбидов титана и кобальта в процентах – Т15К6, Т5К12 и т. п. Обладают более высокой теплостойкостью (900…1000 °С), которая повышается по мере увеличения карбидов титана;

3) Титано-тантало-вольфрамовую группу образуют сплавы системы TiC-TaC-WC-Co. Цифра в марке после букв ТТ обозначает суммарное содержание карбидов титана и тантала, а после буквы «К» – количество кобальта (ТТ17К2, ТТ10К8, ТТ20К9).

От предыдущей группы эти сплавы отличаются большей прочностью и лучшей сопротивляемостью вибрациям и выкрашиванию.

Они применяются для наиболее тяжелых условий резания (черновая обработка стальных слитков и поковок)

Соответствие некоторых отечественных марок легированных быстрорежущих сталей с зарубежными аналогами представлено в таблице 4.4.

Таблица 4.4

Дата добавления: 2015-08-03