4.3. 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

Аналоги зарубежных углеродистых и быстрорежущих инструментальных сталей

Страны СНГ (ГОСТ)	Германия (DIN) Евронормы	США (стандарты)
У8А	С80W1 (1.1525)	W108
У10А	С105W1 (1.1545)	W110
У13	С125W (1.1663)	W112
Р0М2СФ10-МП	-	A11
Р2М9-МП	S2-9-2 (1.3348)^*	M7
Р2М10К8-МП	S2-10-1-8 (1.3247)^*	M48
Р6М5-МП	S6-5-2 (1.3343)^*	M2
Р6М5К5-МП	S6-5-2-5 (1.3243)^*	-
Р6М5Ф4-МП	-	M4
Р10М4Ф3К10-МП	S10-4-3-10 (1.3207)^*	-
Р12М6Ф5-МП	-	M61
Р12Ф4К5-МП	S12-1-4-5 (1.3202)^*	-
Р12Ф5К5-МП	-	Т15
Р18-МП	-	T1

Примечание: * - цифровое обозначение.

Контрольные вопросы

1. Из какой стали изготавливают инструмент, обладающий теплостойкостью (800…1000 ^°С), и предназначенный для обработки твердых материалов?

2. Какие марки инструментальных сталей Вы знаете?

3. Из какой инструментальной стали изготавливают слесарные молотки, зубила, керны?

4. Как расшифровать марку инструментальной быстрорежущей стали Р18?

5. Что представляет собой сплав Р6М5?

6. Какие марки штамповой стали Вы знаете?

7. Из какой стали изготавливают измерительный инструмент?

8. Какими свойствами обладают стали марок ХВГ, У7А?

9. Как расшифровать марку стали Р12М6Ф5-МП?

10. Какие существуют зарубежные аналоги быстрорежущих сталей отечественного производства?

11. Как влияют такие легирующие элементы как хром и вольфрам на эксплуатационные качества инструментальных сталей?

12. С какой целью стали легируют молибденом?

13. Какое влияние оказывает кобальт на титано вольфрамовую группу сплавов?