3.2.3. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами

Магнитно-мягкие стали и сплавы обладают низкими потерями при перемагничивании; используются для изготовления магнитопроводов электрических машин: генераторов, двигателей, трансформаторов. Электротехнические стали для уменьшения потерь содержат до 4,8% Si; маркируются цифрами, например, 1212, 2211, 3406. Железо-никелевые сплавы типа пермаллой (например, 50НХС) используются в радиоэлектронике для изготовления высокочастотных магнитопроводов трансформаторов и т. п.

Магнитно-твердые стали и сплавы обладают высокой магнитной энергией, пропорциональной произведению магнитной индукции В_r на коэрцитивную силу Н_с; используются для изготовления постоянных магнитов. В промышленности нашли применение высокоуглеродистые стали, легированные хромом и кобальтом (ЕХ3, ЕХ9К15М2), сплавы типа алнико (ЮНДК15, ЮНДК35Т5АА – монокристаллический) и многие другие.

Парамагнитные (немагнитные) стали, например, 17Х18Н9, 55Г9Н9Х3 имеют аустенитную структуру; используются в электротехнике и приборостроении.

Стали и сплавы с высоким электрическим сопротивлением имеют специальные названия; изготавливаются на железной (Х13Ю4 – фехраль, 0Х23Ю5 – хромель) и никелевой (Х15Н60 и Х20Н80 – нихром) основе; применяются для изготовления нагревательных элементов, резисторов, термопар и т. п.

Существуют также сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (36Н – инвар, 29НК – ковар), заданным температурным коэффициентом модуля упругости (42НХТЮ – элинвар), эффектом «памяти формы» (Н50Т50 – нитинол) и многие другие.

3.3. Инструментальные стали и сплавы

1. Углеродистые стали по ГОСТ 1435–99 выпускаются только качественными и высококачественными; обладают небольшой прокаливаемостью и теплостойкостью (до 200С); маркируются буквой У, после которой идет цифра, указывающая на среднее содержание углерода в десятых долях процента (У7; У7А, У8, …, У13А).

Некоторые марки содержат повышенное (до 0,8–1,1%) содержание марганца, например, У13ГА – сталь инструментальная, углеродистая, высококачественная, с повышенным содержанием марганца и имеющая 1,3% С.

Из сталей У7–У9 изготавливают топоры, зубила, молотки, отвертки, плоскогубцы и другие слесарно-монтажные инструменты, подвергаемые ударам; из сталей У10–У12 – инструменты для обработки дерева, ручные метчики, мелкие штампы и прессформы; из сталей У13 – слесарные шаберы, напильники, режущие хирургические инструменты.

Указанные стали для придания прочности, твердости и износостойкости обычно подвергаются закалке и низкому отпуску.

2. Легированные стали по ГОСТ 5950–2000 обладают повышенной прокаливаемостью и теплостойкостью до 260С; содержат хром, вольфрам, кремний и другие элементы (13Х, ХВГ, 9ХС, В2Ф, 5ХНМ, Х12М, Х6ВФ и т. д.); применяются для изготовления ручных сверл, разверток, ножовочных полотен, штампов. Их марка начинается с цифры, указывающей на содержание углерода в десятых долях процента (если цифра вначале отсутствует, то содержание углерода около 1%). Например, Х – сталь инструментальная, низколегированная, качественная, содержащая примерно 1% С и до 1,5% Сr.

3. Быстрорежущие стали по ГОСТ 19265–73 обладают очень высокой прокаливаемостью (закаливаются на воздухе) и теплостойкостью до 650С; содержат вольфрам, хром, ванадий и молибден (Р18, Р12Ф3, Р9, Р6М5 и т. п.); применяются для изготовления резцов, фрез, сверл, разверток, метчиков, плашек, машинных ножовочных полотен. Их маркировка обычно начинается с буквы Р, а дальше идет цифра, указывающая на содержание вольфрама в процентах; например, Р9М4К8 – сталь инструментальная, высоколегированная, качественная, содержащая около 1% С, 9% W, 4% Mo 8% Co и другие элементы.

4. Твердые сплавы по ГОСТ 3882–74 обладают теплостойкостью до 800–1000С; заготовки из них изготавливаются литьем или методом порошковой металлургии (путем спекания порошков тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала с металлическим кобальтом, выполняющим роль связки). Из твердых сплавов обычно изготавливают пластинки, которые припаивают или привинчивают на режущие части инструмента (сверла, резцы, фрезы).

В зависимости от состава твердые сплавы подразделяются на три группы:

вольфрамовые (ВК3, ВК8, ВК25 и др.) – предназначены для чернового и чистового точения и фрезерования, для изготовления мелких штампов и вставок для волочильных досок; например, ВК8 содержит 8% Со и 92% WС;

титановольфрамовые (Т30К4, Т15К6 и др.) – предназначены для высокопроизводительной обработки сталей и сплавов; например, Т15К6 содержит 15% TiС, 6% Со и 79% WС;

титанотанталовольфрамовые (ТТ7К12, ТТ20К9 и др.) – применяются в наиболее тяжелых условиях резания (черновая обработка отливок, поковок и т. п.); например, ТT7К12 содержит 7% (Ti, Ta) C, 12% Со и 81% WС.

5. Сверхтвердые материалы. Наибольшей твердостью обладают синтетические и природные алмазы, которые примерно в 6 раз превосходят по твердости карбид вольфрама. Однако алмаз теплостоек только до температуры 800С и вступает в химическое взаимодействие с железом; поэтому алмазный инструмент целесообразно применять при чистовой обработке цветных металлов, керамики и твердых сортов пластмасс.

При обработке сталей и чугунов более эффективно использовать инструмент с рабочей частью из поликристаллического нитрида бора (эльбор, белбор и др.), который теплостоек вплоть до 1200С. Таким инструментом на токарных станках можно обрабатывать закаленную сталь и отказаться от более дорогостоящей шлифовки.