Инструментальные стали и сплавы
16. Инструментальные стали и сплавы
Инструментальными называют углеродистые и легированные стали, содержащие более 0,7-1,25 % С, обладающие высокой твердостью ( 60-65HRC), прочностью, износостойкостью и применяемые для различного инструмента.
Классификацию инструментальных сталей проводят по двум признакам: по назначению и по свойствам.
По назначению инструментальные стали делятся на режущие (быстрорежущие), ударно-штамповые, мерительные.
По свойствам инструментальные стали делятся на нетеплостойкие (У11, У12, 9ХС, ХВГ, рабочая температура которых 200 –300 оС), полутеплостойкие (средне- и высоколегированные стали, рабочая температура которых 300 - 500 °С); теплостойкие (высоколегированные, быстрорежущие и твердые сплавы и металлокерамика, рабочая температура которых 500-625 оС).
Теплостойкость (красностойкость) - способность материалов сохранять служебные свойства (твердость, прочность) при нагреве до рабочих температур.
16.1. Режущие стали
В процессе работы режущий инструмент работает на износ поверхности.
К износостойким материалам предъявляются требования:
Рекомендуемые материалы
- высокая твердость и мелкозернистая равномерная структура, обеспечивающая большое сопротивление истиранию на контактных поверхностях;
- высокая горячая твердость и горячая прочность при отсутствии склонности к пластической деформации;
- достаточная вязкость при большом сопротивлении внешним силам, действующим на трибосистему;
- термодинамическая устойчивость компонентов структуры (твердых фаз);
- высокая прочность границ зерен между кристаллами твердой фазы и между твердой фазой и связкой;
- незначительная склонность к адгезии с материалом -партнером, особенно при пиковых параметрах нагружения.
Различные механизмы износа часто действуют одновременно (абразивный и диффузионный). Какой из них доминирует, тот и определяет время эффективной работы режущего инструмента (срок службы).
Режущие стали содержат углерода 0,8 –1,25 % . К ним относят:
- углеродистые стали небольшой прокаливаемости: У9,У10, У11, У12. Из этих сталей изготовляют резцы, сверла, напильники;
- легированные стали, основными легирующими элементами которых являются Сr,W, V (9ХФ, 9ХС, 9ХВГ, ХВГ, XВГС).
16.2. Быстрорежущие стали
Быстрорежущие стали применяются для .разнообразного инструмента, работающего при высоких скоростях резания в тяжелых условиях.
Качество (стойкость) инструмента зависит от:
- качества стали;
- тщательности и правильности изготовления;
- правильной термической обработки.
Быстрорежущие стали обладают высокой теплостойкостью и высокой износостойкостью (за счет V, Со, W). К ним относятся стали ледебуритного класса: PI8, Р12, Р6М5, Р6М5К5, Р10К5Ф5, Р9К10, РОФ2К8М6АТ, РОМ5Ф1, Р12М3К8Ф2-МП.
В вольфрамомолибденовых сталях вольфрам заменен молибденом в отношении Мо: W (1:1,4-1,5). Молибден придает стали большую пластичность и плотность; кобальт повышает теплостойкость; ванадий повышает износостойкость, так как карбиды ванадия самые твердые структурные составляющие.
Упрочнения (повышения стойкости) быстрорежущих сталей можно добиться особой термической обработкой (дисперсионное твердение мартенсита), цианированием поверхности (0,02-0,07мм), низкотемпературной термомеханической обработкой (НТМО), плазменным напылением.
16.3. Твердые peжyщие сплавы
Твердые режущие сплавы получают методом порошковой металлургии путем спекания предварительно спрессованного металлического порошка; они обладают исключительной красностойкостью и высокой твердостью. К таким сплавам относятся:
- литые сплавы - стеллиты, сормайты;
- металлокерамические сплавы - победиты.
Компонентами спекаемых твердых сплавов являются:
- кобальт (Со) как связка;
- карбиды вольфрама (WC), титана (TiС), тантала (TаС), ниобия (NbC), ванадия (VС), хрома (СrС).
Функцией кобальта является регулирование вязкости твердого сплава. Карбид вольфрама хорошо смачивается кобальтом, что влияет на схватывание с твердой фазой.
Карбид вольфрама является основой сплавов, обеспечивает прочность на изгиб и кромочную прочность в системе WC – Со.
Карбид титана значительно тверже карбида вольфрама, менее растворим и снижает вязкость сплава.
Карбид тантала замещает карбид вольфрама, повышает теплостойкость, незначительно снижает вязкость сплава по сравнению с карбидом титана.
Промышленностью выпускаются три труппы металлокерамических твердых сплавов:
- WC + Со – группа ВК (ВК6, ВК8);
- WC + ТiС + Со – группа ТК (Т15К6)
- WС + TiC + TaC + Со – группа ТТК (ТТ7К15).
16.4. Штамповые стали
Для обработки металлов давлением применяют следующие инструменты, деформирующие металл: штампы, пуансоны, ролики, валики.
Стали, применяемые для изготовления инструмента такого рода, называют штамповыми сталями.
Штамповые стали делятся на две группы:
- деформирующие металл в холодном состоянии;
- деформирующие металл в горячем состоянии.
Особая группа штамповых сталей - стали для пресс-форм литья под давлением.
Стали для деформирования в холодном состоянии должны обладать высокой твердостью, прочностью, сопротивлением пластической деформации, износостойкостью, вязкостью, теплостойкостью.
Стали с небольшой прокаливаемостъю, имеющие вязкую сердцевину (У10, У11, У12, ХВ, 9С) применяет после закалки и отпуска, цианирования или хромирования, что повышает их износостойкость.
Для крупных штампов применяют стали с повышенной прокаливаемостью (ХГС, ХГСВФ).
Стали для штампов, работающих при ударных нагрузках, содержат 0,4-0,6 % углерода (4ХС, 6ХC, 4ХВ2С, 5ХВ2С, 6ХВ2С).
Стали для деформирования в горячем состояния работают в сложных условиях и должны иметь высокую износостойкость, прочность, сопротивление пластической деформации, повышенную теплостойкость, хорошую окалиностойкость, высокое сопротивление термической усталости.
Деформация сталей происходит при ударе (ковка, штамповка), а при медленном приложении нагрузки (вытяжка, прессование, выдавливание) штамп сильнее нагревается.
В зависимости от условий работы штампы делятся на три группы:
- ковочные;
- для горячей протяжки, высадки и прессования;
- для пресс-форм литья под давлением.
Стали ковочных штампов должны иметь высокую ударную вязкость, теплостойкость и хорошую прокаливаемость. Для таких штампов применяют стали среднеуглеродистые (0,5-0,6 %С), легированные Mn, Ni,.Cr, V, W (5XHМ, 5ХНВ, 5ХГМ, 5ХНСВ, 5ХНТ).
Стали для горячей протяжки, высадки и прессования -высоковольфрамовые с 8-12 % W и 2 % Сг (4Х5В2ФС, 4Х2В5ФМ, 4Х4В4ФМ, 4ХВ2С, 5ХВГ). Эти стали подвергаются особой термической обработке.
Стали для пресс-форм литья под давлением подвергаются износу, коррозии, эррозии и разгару (образованию сетки трещин на поверхности). К таким сталям относятся 3X2B8, 4ХВ2С (тепло - разгаростойкие).
16.5. Стали для измерительных инструментов
Стали для измерительных инструментов должны длительное время сохранять заданные (точные) размеры. Изменение размеров может возникать по трем причинам:
- износ;
"7 Досократический период" - тут тоже много полезного для Вас.
- объемные изменения из-за структурных превращений при длительном вылеживании;
- тепловое расширение из-за колебаний температур.
Высокая износостойкость сталей для измерительного инструмента обеспечивается высокой твердостью стали ( 58-64HRC) после термообработки.
Для стабилизации размеров производится специальная термическая обработка (обработка холодом и стабилизирующий отпуск при низких температурах).
Для изготовления измерительного инструмента применяют стали марок: X, XГ, 120ХГ, 50, 55, 38XBФЮA.
