Про інструментальні стали

Інструментальні сталі — це різноманітні вуглецеві, а також леговані стали, використовувані для виготовлення інструментів і високоізносостойкіх деталей.

Сфери застосування інструментальних сталей

До інструментальних відноситься широкий спектр сталей: леговані і ледебуритного, що містять <0,8% вуглецю (C / лат. Carboneum) – доевтектоїдних, з 0,8% С – евтектоїдні і з більш 0,8% – заевтектоідние. Нерідко марки мають високу стійкість до корозії за рахунок додаткових хімічних властивостей. Чим важче умови експлуатації інструментів та деталей (більш висока температура, абразивність, корозійна активність, навантаження), тим в сплавах вищий вміст карбідів.

При цьому в складі сплавів крім первинних карбідів нерідко присутні вторинні карбіди, які виділяються з перенасиченого твердого розчину при його охолодженні.

Сталеві інструменти використовують для роботи з великим діапазоном матеріалів: металами (шляхом кування, різання, екструзії, волочіння, прокатки або лиття), полімерами, керамікою і композитами.

За характером застосування інструментальні стали можна згрупувати так:

  • Використовувані для виробництва вимірювальних інструментів. До них відносять низьколеговані, вуглецеві.
  • Матеріал, з якого виготовляють ріжучий інструмент. Застосовуються швидкорізальні стали класу ледебуріта, жароміцні.
  • Для холодного штампування — це штампові нетермостійкі сталі заевтектоідних і ледебурітового класів.
  • Для гарячого штампування — Штампові жароміцні доевтектоїдної – заевтектоідних класів.

Вибір матеріалу

Розрізняють шість груп інструментальних сталей: загартовані в воді, сталі для холодної обробки, ударостійкі, швидкорізальні, жароміцні і спеціальні.

Вибір матеріалу для різних деталей і інструментів залежить від ряду факторів:

  • термостійкості,
  • здатності витримувати ударні навантаження,
  • стійкості до стирання,
  • високої твердості,
  • механічної міцності,
  • стійкості до деформації і т.д.

Сплави, призначені для експлуатації в умовах суворого холодного клімату, повинні витримувати температури від – 45 ° C до – 100 ° C. Одночасно інша інструментальна сталь, яку використовують для гарячої обробки, забезпечує виробництво деталей з заліза, кольорових металів, їх сплавів при високих температурах. Її застосовують в таких процесах, як лиття, екструзія і кування, у виробництві труб і скла. Інструменти, вироблені з жароміцних марок, додатково піддаються коливанням термічних навантажень, що виникають там, де поверхня інструментів контактує з робочою виробів.

Характеристики інструментальних сталей

Інструментальні сталі мають різні властивості:

  1. Склади, які легируют вольфрамом (W / лат. Wolframium), молібденом (Mo / лат. Olybdaenum) і хромом (Cr / лат. Chromium), мають доевтектоїдну або заевтектоідну структуру, демонструють в’язкість і одночасно теплостійкість.
  2. Сплави з невеликою кількістю легуючих елементів і вмістом вуглецю (C / лат. Carboneum) на середньому рівні — нежаростійкі, але є в’язкими, високотверді.
  3. Швидкорізальної високолеговані стали володіють зносостійкістю і теплостійкістю.
  4. Тверді стали з ледебуритною або заевтектоідною структурою містять вуглець від 2-х до 3% і хром – від 5-ти до 12%, демонструють зносостійкість і середню жаростійкість.
  5. Нелеговані сталі з високим відсотком вмісту вуглецю демонструють відмінну твердість, але не є теплостійкими.

Важливо врахувати, що хоча фізичні характеристики інструментальних сталей не пов’язані безпосередньо, іноді має сенс пожертвувати одною якістю заради посилення іншої, наприклад, ударною в’язкістю, щоб домогтися більшої зносостійкості.

Якщо інструмент деформується під тиском, то слід підвищити його твердість. А щоб інструмент не ламався і не тріскався, потрібно збільшити його ударостійкість і ударну в’язкість.

Вуглецева сталь інструментальна

Вуглецева інструментальна сталь зазвичай використовується для виготовлення вимірювальних приладів і ріжучих інструментів невеликого розміру з низькою швидкістю обертання. Вона також є хорошим сировиною для виготовлення штампів.

У відповідності до різних вимог, її класифікують як якісну сталь загального призначення і вуглецеву інструментальну сталь високої якості.

Штампова сталь

Штампи адаптуються до інструментів, для створення яких вони використовуються. Так як штампи виробляють з конкретних вуглецевих і легованих сталей різних марок, їх виділили в окрему категорію.

У свою чергу цю категорію додатково ділять ще на 3 групи:

  • для роботи при нормальних температурах;
  • для роботи при високих температурах;
  • сталі, щомають стійкість до корозії.

До кожного виду штампової сталі в ДСТУ 5950-2000 пред’являються окремі вимоги, однак найважливішою умовою для всіх видів є достатня твердість, що поєднується з потрібною в’язкістю.

Маркування інструментальних сталей

Сучасний період розвитку промисловості відбувається на тлі прискореної глобалізації світової економіки. Тому знання маркування стали в різних країнах сьогодні є однаково цінними. Так як різноманітних позначень існує досить багато, варто зрозуміти саму основу підходу до систематизації.

В Україні

За ДСТУ 3833-98 для маркування вуглецевих інструментальних сталей використовується буква «У» – У13А, У7 і т.д. Високоякісну сталь додатково маркують буквою «А». Цифри вказують на те, скільки вуглецю міститься в сплаві в десятих частках відсотка. Присутність інших хімічних елементів також позначають буквами. Наприклад, молібден (Mo / лат. Molybdaenum) позначають буквою «М», а зміст цього хімічного елемента в сплаві – цифрами. Іноді маркування може починатися не з букв, а з цифр. Наприклад, в інструментальної сталі 9ХС (легованої) міститься 0,09% вуглецю, при цьому легирующими елементами є хром – «Х» і кремній «С». Швидкорізальної сталі маркують буквою «Р».

Європейська система

В системі EN, точно так як і в українських стандартах, використовується буквено-цифровий індекс для позначення ключової інформації про матеріал, включаючи механічні властивості, межа міцності і потенційне використання. Маркування може спиратися на фізичні властивості або на хімічний склад. Наприклад, E295 — нелегована конструкційна сталь з межею плинності ReH ≤16 мм ≥ 295 МПа, а C35E4 — загартована і відпущена сталь з вмістом (С / англ. Сarbon) вуглецю 0,32-0,39%.

Система маркування в США

Система, розроблена в США для маркування сталей, найчастіше спирається на позначення цифрами. А саме, сталь AISI 1060 є вуглецевої сталлю, в якій вміст С — близько 0,60%. Відповідно, сталь AISI тисячі сорок п’ять — середньовуглецевою, з вмістом вуглецю близько 0,45%. AISI класифікує хромисті інструментальні стали для гарячої обробки в діапазоні від H1 до H19, вольфрамові — від H21 до H26, молібденові — H42.

Розібравшись в системі стандартизації, можна легко порівняти сталь, зазначену в національному стандарті, з будь-яким закордонним еквівалентом в діаграмах і графічному вигляді.

Загартування і відпуск

Термічна обробка металів — один з найважливіших аспектів виробництва. Правильний процес гарантує, що кінцевий продукт буде відповідати всім необхідним технічним характеристикам. Існує три основних етапи: відпал, аустеніт і мартенсит. Їх можна проаналізувати, не вдаючись у складні хімічні процеси.

Почнемо з того, що сталь — сплав, створений шляхом з’єднання вуглецю з залізом. У цю суміш нерідко додають інші елементи, щоб домогтися різних властивостей, які формують характеристики кінцевого продукту. Наприклад, якщо доданий хром, то ми отримаємо нержавійку, що не окислюється і, відповідно, не іржавіє.

Фази, які визначають процес термічної обробки інструментальної сталі, змінюють її структуру. Перебудовуються атоми заліза, вуглецю і будь-яких інших компонентів, при цьому кінцевий продукт отримує потрібні якості.

Відпал — це процес термообробки, який впливає на мікроструктуру матеріалу, змінюючи його механічні або електричні властивості. Зазвичай відпал сталей використовується для зниження твердості, підвищення пластичності і усунення внутрішніх напружень. У цьому процесі матеріал нагрівається до нижніх областей поля аустенитной фази і повільно охолоджується до нормальної температури. Отриманий склад складається з великого фериту або великого фериту і перліту, в залежності від вмісту вуглецю і сплаву в сталі.

Аустенітна фаза — процес, який змінює кристалічну структуру фериту за допомогою високих температур. Сталь нормалізується при температурах трохи вище, ніж при відпалі. Залежно від термообробки метал набуває додаткові бажані характеристики, наприклад, підвищену твердість або межа міцності на розрив.

Мартенситне перетворення відбувається, коли нагрітий сплав дуже швидко охолоджується, тим самим запобігається повільна перебудова атомної структури. Кінцевим результатом є виключно твердая криця. Однак атомна будова інструментальної сталі в формі мартенситу дуже тверда, що робить матеріал надзвичайно тендітним і непридатним для використання. Наступні етапи служать для усунення цієї характеристики.

Правильний відпуск — важливий крок у загальному процесі. Головним параметром, який визначає властивості створюваної інструментальної сталі, є температура.

  • Низькотемпературний відпуск — 150 ° C – 250 ° C. Після нього підвищується показник в’язкості без зменшення жорсткості. Метод застосовується для ріжучих інструментів, вимірювальних, а також штампів для холодної обробки.
  • Середньотемпературний відпуск — 350 ° C – 450 ° C. Він призначений для утворення структури, яка має високу пружність і витривалість. Матеріал застосовують для ресор, пружин, штампів гарячого деформування.
  • Високотемпературний відпуск — 500 ° C – 650 ° C. Цей процес забезпечує оптимальне поєднання відмінної ударної в’язкості, межі витривалості з задовільною міцністю і твердістю. З такого матеріалу виготовляють деталі, які можуть працювати при значних навантаженнях.

Для досягнення потрібного результату може знадобитися кілька етапів відпуску.

Металобаза в Дніпрі ПП ТД ТАМ — одна з кращих компаній, які зарекомендували себе на ринку. Нашими пріоритетами є високий контроль якості та організація безперервного навчання персоналу. Основні напрямки нашої діяльності — оптовий та роздрібний продаж металопрокату в Дніпрі, всі види обробки металу, виготовлення профілів і конструкцій.