Маркировка инструментальных сталей

Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У (углеродистая); следующая за ней цифра (У7, У8, У10 и т. д.) показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Буква А в конце (У10А) указывает, что сталь высококачествен­ная. Легированные инструментальные сталиX, 9Х, 9ХС, 6ХВГи т. д. маркируют цифрой, показывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание < 1%. Если содержание углерода ~ 1%, то цифра чаще отсутствует. Буквы означают легирующие элементы, а следующие за ними цифры – содержание (в целых процентах) соответствующего легирующего элемента.

Быстрорежущие стали маркируют буквой Р. Следующая за ней цифра указывает среднее содержание главного легирующего элемента быстроре­жущей стали – вольфрама (в процентах). Среднее содержание ванадия в стали обозначают цифрой, проставляемой за буквойФ, кобальта – цифрой за буквой К и т. д. Среднее содержание хрома в большинстве быстро­режущих сталей составляет 4% и поэтому в обозначении марки стали не указывается.

Стали для режущего инструмента

Стали для режущего инструмента после закалки и низкого отпуска дол­жны иметь высокую твердость в режущей кромке (HRC 60-65) значитель­но превышающую твердость обрабатываемого материала; высокую изно­состойкость, необходимую для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании; достаточную прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и теплостой­кость, когда резание выполняется с повышенной скоростью.

Углеродистые стали небольшой прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью. Углеродистые инструментальные стали У8 (У8А), У10 (У10А), У11 (У11А), У 12 (У12А) и У13 (У13А) вследствие малой устойчивости пере­охлажденного аустенита имеют небольшую прокаливаемость, и поэтому эти стали применяют для инструментов небольших размеров.

Для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла, спиральные пилы, шаберы, ножовки ручные, напильники, бритвы, острый хирургический ин­струмент и т. д.) обычно применяют стали (У10 и У11, У12 и У13), у которых после термической обработки структура – мартенсит и карбиды. Деревообрабатывающий инструмент, зубила, кернеры, бород­ки, отвертки, топоры и т. п. изготовляют из сталей У7.

Углеродистые стали в исходном (отожженном) состоянии имеют струк­туру зернистого перлита, низкую твердость (НВ 170—180) и хорошо обра­батываются резанием. Температура закалки углеродистых инструмен­тальных сталей У8-У12 должна быть 760 – 810 °С. Закалку проводят в воде или водных раство­рах солей. Мелкий инструмент из сталей У10-У12 для уменьшения де­формации охлаждают в горячих средах (ступенчатая закалка).

Отпуск производят при 150-170°С для сохранения высокой твердости (HRC 62-63).

Углеродистые стали можно использовать в качестве режущего инстру­мента только для резания материалов с низкой твердостью и с малой ско­ростью, так как их высокая твердость сильно снижается при нагреве выше 190-200°С.

Легированные стали повышенной прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью. Легированные инструментальные стали подобно углеродистым не обладают теплостойкостью и пригодны только для реза­ния относительно мягких материалов с небольшой скоростью. Их используют для инструмента, не подвергаемого в работе нагреву свыше 200-250°C. Легированные стали по сравнению с углеродистыми обладают большей прокаливаемостью. Инструменты из этих сталей можно охлаждать при закалке в масле и в горячих средах (ступенчатая закалка), что уменьшает деформацию и коробление инструмента. Низколегированные стали (11Х и 13Х) рекомендованы для инструментов диаметром до 15 мм, закаливаемых в масле или горячих средах для уменьшения деформации по сравнению с получаемой в углеродистых сталях, закаливаемых в воде.

Стали повышенной прокаливаемости (60-80 мм) (9ХС и ХВСГ) имеют большую теплостойкость (250-260°С), хорошие режущие свойства и срав­нительно мало деформируются при закалке. Их применяют для инстру­мента большого сечения при закалке в масле или горячих средах (ручные сверла, развертки, плашки и гребенки). Однако сплав 9ХС склонен к обезуглероживанию при нагреве, в отожженном состоянии имеет повышенную твердость (НВ 187-241), что ухудшает его обработку резанием и давле­нием.

Вольфрамовые стали В2Ф и ХВ4 после закалки в водных растворах имеют очень высокую твердость применяются для пил (по металлу) и граверных инструментов.

Инструментальные стали изготовляют в металлургической промыш­ленности в виде горяче- и холоднокатаных прутков с различной формой сечения, прутков с повышенной отделкой поверхности (шлифование) и точностью размеров, а также лент.

Быстрорежущие стали

В отличие от других инструментальных сталей быстрорежущие стали обладают высокой теплостойкостью (красностойкостью), т. е. способностью сохранять мартенситную структуру и соответственно высокую твердость, прочность и износостойкость при повышенных температурах, возникающих в режущей кромке при резании с большой скоростью. Эти стали сохраняют мартенситную структуру при нагреве до 600-620°С, поэтому применение их позволяет значительно повысить скорость резания (в 2-4 раза) и стойкость инструментов (в 10-30 раз) по сравнению со сталями, не обладающими теплостойкостью.

Основными легирующими элементами быстрорежущих сталей обеспе­чивающими их теплостойкость, являются в первую очередь вольфрам и его химический аналог – молибден. Сильно повышает теплостойкость (до 645-650°С) и твердость после термообработки (НRС 67-70) кобальт и в меньшей степени ванадий.

Быстрорежущие стали относятся к карбидному (ледебуритному) классу. Их фазовый состав в отожженном состоянии представляет собой легиро­ванный феррит и карбиды М₆С, М₂₃С₆, МС, М₃С. Основным карбидом быстрорежущей стали является М₆С, в котором также растворен ванадий. В феррите растворена большая часть хрома; почти весь вольфрам (молибден) и ванадий находятся в карбидах.