Углеродистые инструментальные стали: марки, свойства, обозначение, применение

Высококачественная углеродистая сталь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Высококачественная углеродистая сталь

Высококачественные углеродистые стали после обработки на высокую твердость должны обладать лучшей вязкостью, чем качественные.

Высококачественные углеродистые стали отличаются пониженным содержанием вредных примесей. В марках это отражается большой буквой А, стоящей в самом конце.

Высококачественные углеродистые стали после обработки на высокую твердость обладают несколько лучшей вязкостью, чем стали сходных марок из группы качественных. Стали У7А — У13А применяют главным образом для режущих инструментов, имеющих тонкую режущую кромку ( табл. 1), а стали У7 — У13 — для штам-повых инструментов простой формы.

Вал и диск турбины выполняются из высококачественной углеродистой стали; лопатки и бандажи — из нержавеющей стали.

Это требование обеспечивается надлежащей конструкцией шатуна и поковкой его из легированных и высококачественных углеродистых сталей.

Необходимая механическая прочность достигается тем, что хранилища и тару для жидкого хлора изготовляют72 из высококачественной углеродистой стали марок 15к, 20к и 25к ( ГОСТ 5520 — 62), соответствующей условиям эксплуатации в интервале температур от — 40 до 475 С без ограничения давления. При изготовлении танков и контейнеров ( бочек) применяется электросварка. Сварные танки и контейнеры подвергают термообработке ( отжигу) для снятия внутренних напряжений. Конструкция танков, контейнеров и баллонов такова, что они не испытывают деформаций на изгиб, особенно в сварных швах, качество которых проверяется рентгеновским аппаратом. Рабочее давление в хранилищах и таре для жидкого хлора составляет 15 атм, что соответствует давлению насыщенных паров хлора при 50 С.

Для изготовления основных деталей насосов обычно применяют легированные стали Х12Ф1, НХ2А, 12ХНВА, 40Х и высококачественные углеродистые стали, которые проходят соответствующую термообработку.

Ввиду знакопеременного характера нагрузок, действующих на шатун, материалы для него должны обладать высоким сопротивлением усталости. Такими материалами являются высококачественные углеродистые стали, а также легированные стали. Для высокооборотных двигателей наиболее перспективным материалом для шатунов следует считать титановые сплавы.

Роторы изготовляют из поковки или прутка проката совместно с валом. Для их изготовления применяется высококачественная углеродистая сталь. Роторы делают также нз мелкозернистого чугуна, из чугуна с шарообразным графитом, из алюминиевых сплавов и из нержавеющей стали. В этих случаях роторы изготовляются отдельно от вала и насаживаются или напрессовываются на стальной вал. Посадка вала должна быть достаточно тугой, чтобы не произошло ослабление соединения, так как это может привести к тяжелой аварии машины. Во многих случаях стальной ротор приваривается к валу. При высоких степенях повышения давления ротор имеет внутреннее охлаждение маслом, которое подается через сверление в валу. Благодаря этому увеличивается коэффициент подачи компрессора.

Все марки углеродистой стали, кроме того, имеют добавочный индекс У. Таким образом марка У8А обозначает высококачественную углеродистую сталь с содержанием углерода 0 75 — 0 85 / 0, а У8 — обыкновенную.

Лопатки рабочего колеса турбовоздуходувок делают в основном загнутыми назад — в сторону, обратную вращению. Лопатки малонагруженных рабочих колес штампуют из листовой высококачественной углеродистой стали толщиной от 2 до 5 мм и прикрепляют к дискам с помощью заклепок. При высоких скоростях вращения рабочих колес лопатки изготовляют из легированных никелем сталей и фрезеруют за одно целое с шипами, концы которых вставляют в отверстия диска и расклепывают.

Лопатки рабочего колеса турбовоздуходувок делаются в основном загнутыми назад — в сторону, обратную вращению. Лопатки малонагруженных рабочих колес штампуют из листовой высококачественной углеродистой стали толщиной от 2 до 5 мм и прикрепляют к дискам с помощью заклепок. При высоких скоростях вращения рабочих колес лопатки изготовляют из легированных никелем сталей и фрезеруют за одно целое с шипами, концы которых вставляются в отверстия диска и расклепываются.

Страницы: 1 2

www.ngpedia.ru

Основные виды

Такой вид материалов подразделяется на такие три основные категории:

инструментальные углеродистые стали;
легированные инструментальные стали;
быстрорежущие.

Все они производятся согласно установленному ГОСТу.

Углеродистые виды материала во время нагревания теряют свою прочность, соответственно, их используют для производства инструментов, которые работают на малых скоростях или при простых условиях резания, когда температура нагревания составляет не больше 200 градусов.

Преимущественно их применяют для производства:

напильников;
сверл;
разверток;
метчиков и не только.

Поскольку углеродистая инструментальная сталь обладает низкими показателями свариваемости, ее не используют при изготовлении сварных конструкций.

В зависимости от процентного соотношения содержания в материале углерода, марганца, кремния, серы и других элементов он подразделяется на такие марки, как:

У7;
У8;
У8Г;
У10 и прочие.

Легированные материалы и их маркировка

Легированные материалы в составе дополнительно содержат следующие элементы:

никель;
медь;
марганец и т. д.

Все они улучшают характеристики материала. Легирующие элементы должны указываться при маркировке с помощью специальных обозначений буквами. Все это позволяет заранее увидеть, из чего состоит данная инструментальная сталь. Марки материала также могут включать не только буквы, но и цифры. Цифры указывают на то, в каком количестве тот или иной элемент содержится в стали в процентном соотношении. Если при маркировке цифра не ставится, то количество элемента равно около 1 процента.

При маркировке легированной стали на первом месте стоит количество углерода, которое равно десятым долям процента. Например, марка 6ХС содержит углерод в количестве 0,6%, а также по одному проценту кремния и хрома.

Инструментальные легированные стали преимущественно используются для производства штамповых или режущих инструментов, к ним относят:

плашки;
метчики;
развертки;
сверла;
фрезы и не только.

Как и углеродистые стали, легированные материалы тоже непригодны для производства сварных конструкций.

Быстрорежущие стали

Маркировка быстрорежущих материалов состоит из буквы «Р», числа, указывающего на массовую долю вольфрама и букв элементов, присутствующих в составе материала. Это могут быть кобальт, молибден и другие. Далее идут цифровые значения их массовых долей. Если маркировка включает буквы «Ш», то это значит «электрошлаковый переплав».

Доля хрома в быстрорежущей стали при маркировке не указывается, также отсутствует указание массовой доли молибдена, если она не превышает отметку в один процент.

Такие виды материалов оптимально подходят для производства режущих инструментов, которые от трения нагреваются до температуры от 600 до 6500 градусов. При этом они не будут деформироваться, и терять свою твердость. Данный вид изделий хорошо поддается свариванию посредством стыковой электросварки со сталью таких марок, как 45 и 40Х.

Как расшифровать маркировку сталей

Марку углеродистой стали и группу ее качества можно определить по типу маркировки. Каждая цифра и буква имеет свое значение и показывает требования к качеству, степень раскисления, наличие легирующих элементов.

Например, для сплава обычного качества:

Ст 2 кп — нормального качества с содержанием углерода 0,09–0,15%, кипящая, марганца 0,25 — 0,50%, кремния менее 0,05%;
Ст3Г пс — содержание углерода в пределах 0,14–0,22%, полуспокойная, марганца в пределах 0,80–1,1%, кремния не более 0,15%.

Углеродистые стали повышенного качества маркируются цифрами (содержание углерода в сотых долях) и буквами (легирующий элемент). Например:

45 — 0,45% углерод;
40ХН — углерода 0,4%, хрома и никеля менее 2%.

Расшифровка высокоуглеродистых марок имеет букву, указывающую тип материала, его применение и цифру — процент углерода в десятых долях. Инструментальные сплавы имеют обозначение У. Например:

У8 — инструментальная, 0,8% углерода;
У12 — содержание углерода 1,2%.

Химический состав более точно можно определить по таблице в справочнике металлурга.

Прокат на торце маркируется цветной полосой:

красный — Ст3;
желтый — Ст2;
зеленый — СТ5;
синий — Ст6.

Для каждого типа стали имеется своя маркировка. Легированные могут содержать до 3 цветных полос.

Сталь инструментальная углеродистая (ИСУ)

ИСУ подразделяется по ряду показателей. Например, по:

химическому составу на:
- качественную (процентное содержание фосфора/серы составляет 0,035/0,03%);
- высококачественную (процентное содержание фосфора/серы составляет 0,03/0,02%).
Назначению:
- быстрорежущая (обозначается буквой «Р»);
- электротехническая («Э»);
- шарикоподшипниковая («Ш»).
По способу дальнейшей обработки и т. п.

Наиболее широко применяется ИСУ, которая представляет сталь, процентное содержание углерода в которой ограничено рамками 0,65-1,35. После того как завершается её термообработка (закалка инструментальной стали), показатели прочности и твёрдости данного материала значительно возрастают.

В настоящее время торговля предлагает 16 марок ИСУ, каждая из которых имеет собственное буквенно-цифровое обозначение. Буквы, входящие в маркировку ИСУ, обозначают:

У – углеродистая сталь;
А – обозначает принадлежность сплава к группе высококачественных (проставляется всегда в конце маркировки);
Г – сплав имеет повышенное содержание такого элемента, как марганец;
цифра, проставленная после «У», показывает процентное (в десятых долях) содержание в ИСУ углерода.

Инструментальная углеродистая сталь

Данный класс в машиностроении используется как материал для производства режущего инструмента с минимальным габаритным размером не более 13 мм. Причина этого ограничения кроется в их ограниченной прокаливаемости. Более крупные габаритные размеры возможны только если большая часть режущей кромки находится на поверхности (короткие свёрла, зенкера и прочее).

Для большинства режущего инструмента – зенковки, ножовки и фрезы – применяются стали У13, У11 и У10. В случае если стальной сплав работает в условиях сильных ударных воздействий, рекомендуется использовать марки типа У8 и У7. Они обладают большим коэффициентом ударной вязкости и, соответственно, способны выдержать большие динамические нагрузки.

Преимуществом инструментальных сталей приведенного класса является низкая цена, приемлемая податливость резанию в отожжённом состоянии и умеренная твердость. Для повышения их механических свойств применяют разного рода термообработку. Прежде всего, это закалка в соляном растворе или воде при 820 ºС плюс низкий отпуск, главное назначение которого – снятие внутренних напряжений.

Главным недостатком углеродистой инструментальной стали — это узкий диапазон температур закаливания, что усиливает внутренние деформации стали при ее термообработке. По этой причине использование данных сплавов ограничивается инструментом, работающим с низкими скоростями резания и температурами нагрева до 220 ºС.

Варианты применения инструментальных сталей (на примере углеродистой)

Наименование	Марка стали	Применение
Углеродистая инструментальная	У7 У7А	Молотки, керны, отвертки, зубила, кузнечный инструмент, косы
Углеродистая инструментальная	У8 У8А	Ножницы, ножи рубильных машин, ручной столярный инструмент, рамные пилы
Углеродистая инструментальная, высокой твердости	У10 У10А	Сверла, фрезы малого диаметра, ленточные пилы, развертки
Углеродистая инструментальная, повышенной твердости	У12 У13	Токарные резцы по дереву, ножовочные полотна по металлу, надфили, напильники, граверный инструмент

Марки сплавов, предназначенных для применения в условиях холодной деформации, должны ко всему прочему обладать гладкой рабочей частью, способностью сохранять размеры и форму, а также отличаться пределом текучести и упругости. А инструментальная сталь, пригодная для работы в условиях горячей деформации, должна обладать высокой теплопроводностью, противостоять отпуску и быть устойчивой к температурным колебаниям. Особым требованиям должны соответствовать и , используемых для производства режущего инструмента.

Основные характеристики

Рассматривая основные свойства инструментальной стали следует отметить нижеприведенные моменты:

Низкая чувствительность к перегреву. При механической обработке снятие слоя материала с заготовки происходит за счет оказываемого требования. Нагрев металла приводит к изменению его основных качеств. Поэтому углеродистые инструментальные качественные стали не нагреваются даже при длительном трении с другими поверхностями.
Низкая чувствительно к привариванию к обрабатываемым деталям. Из-за оказываемого давления при подаче инструмента на момент обработки заготовок зона трения может несущественно нагреваться, что становится причиной повышения пластичности некоторые материалов. Если инструментальная сталь будет привариваться при этом к поверхности возникнет дополнительное сопротивление и качество получаемой детали существенно снизиться.
Для того чтобы упростить обработку металла его делают боле восприимчивой к обработке методом резки.
Восприимчивость к прокаливанию также определяется особым химическим составом.
Высокая пластичность в горячем состоянии позволяет получать заготовки метод плавления металла.
Высокое сопротивление процессу обезуглероживания позволяет получить наилучший результат при проведении закалки или других процессом химико-термической обработки.
Во время обработки может возникать ударная нагрузка, которая в большинстве случаев становится причиной образования трещин. Высококачественная углеродистая инструментальная сталь не имеет подобного недостатка.
Износостойкость и высокая прочность, твердость поверхности.

Химический состав углеродистых инструментальных сталей

Химический состав инструментальных углеродистых сталей во многом определяют основные эксплуатационные качества металла.

О маркировке инструментальных сталей

Для определения вида инструментальной стали требуется знание маркировки, которая включает в себя как буквенные, так и цифровые обозначения. Разобраться в этом несложно. Очень часто в маркировке сплавов встречается буква «У». Она означает, что перед вами . Цифры, идущие следом за такой буквой, говорят о содержании углерода в сплаве, исчисляемом в десятых долях процента. Встречается в маркировке углеродистых инструментальных сталей и буква «А», указывающая на то, что сплав относится к высококачественным.

Маркировка инструментальной стали (на примере углеродистой) с указанием содержания дополнительных элементов

Большую категорию инструментальных сталей составляют быстрорежущие сплавы, которые обозначаются буквой «Р». После этой буквы следуют цифры, по которым можно определить содержание основного легирующего элемента для сталей данной категории — вольфрама.

Содержание остальных элементов в составе быстрорежущих легированных сталей (молибдена, ванадия и кобальта) определяется по цифрам, следующим за соответствующими буквами в их маркировке — «М», «Ф» и «К». В состав быстрорежущих сплавов в обязательном порядке входит и хром, но его количество определяют по умолчанию — не более 4%.

Очень часто маркировка инструментальных сталей начинается с цифры (к примеру, 9ХС, 9Х, 6ХГВ), которая указывает на содержание (в десятых долях) в их составе углерода, если оно не превышает 1%. В том случае, если углерода в составе сплава содержится около 1%, то цифра в начале их маркировки не ставится вообще. На содержание остальных элементов (в целых долях) указывают цифры, которые стоят в маркировке за буквами, обозначающими соответствующий легирующий элемент.

Виды углеродистой стали

Инструментальные углеродистые стали стандартного типа. Отличаются средним или высоким содержанием углерода (более 0,7%) и низким содержанием легирующих добавок (суммарно менее 1%). Обладают неплохими физическими свойствами — высокая прочность, устойчивость при ударе или деформации, химическая инертность, низкий коррозийный потенциал. Применяются для изготовления ручных, механических и электронных инструментов.
Легированные. По составу похожи на предыдущую марку, однако содержат повышенное количество легирующих добавок. Содержание легирующих веществ от 1 до 20%. В качестве дополнительных компонентов чаще всего выступают хром или вольфрам. Эти добавки улучшают антикоррозийные свойства материала, что хорошо сказывается на сроке годности деталей. Также в металл могут вноситься и другие добавки — алюминий, марганец, кремний, медь, азот, кобальт, бор, никель. Их назначение — увеличение пластичности, повышение прочности, снижение электрического потенциала, снижение магнитных свойств.
Быстрорежущие. Представляет собой особую разновидность легированного сплава, который прошел специальную финальную обработку. Основные легирующие добавки — углерод (0,7-1,5%), хром (3-4%), вольфрам (0-18%), молибден (0,5-6%), кобальт (0-9%). Материал обладает высокой прочностью и прекрасно сохраняет форму при физической деформации, ударе или высокотемпературном нагреве. Поэтому из него делают различное режущие оборудование — дисковые пилы, ножи, лезвия, хирургические инструменты. Материал проходит многократную закалку, отпуск, что усложняет его производство, увеличивает себестоимость.
Валковые. Материал содержит ряд легирующих добавок (алюминий, кремний, ванадий), улучшающих прочность и пластичность металла. Валковую сталь обычно выплавляют в виде длинных пластин или листов, которые потом нарезаются на нужные детали. Сфера применения — изготовление опорных, прокатных, листовых валков. Также из валковых материалов делают небольшие плоские инструменты для резки металла — обрезные матрицы, пуансоны, ножи, рамные пилы. На финальном этапе обработки материал может проходить отпуск или закалку в цехах для улучшения физических свойств металла.
Штамповые. Материал содержит среднее количество углерода (от 0,7 до 1,5%) и небольшое количество легирующих добавок (алюминий, хром, никель, марганец). Главное отличие материала заключается в том, что на финальном этапе выплавки материал проходит штамповку. Это обуславливает ряд физических свойств материала — повышенная устойчивость, минимальный риск образования трещин, высокая теплопроводность, устойчивость к образованию окалины. На этапе выплавки материал отличается высокой вязкостью, однако после застывания он становится прочным и однородным. Высокая вязкость при нагреве позволяет упростить процедуру штамповки, а также улучшает теплопроводность металла после остывания.

4 Углеродистая инструментальная сталь – ГОСТ 1435

Согласно данному Государственному стандарту под такими сталями понимают составы с содержанием углерода от 0,65 до 1,35 процента. Они обычно проходят отжиг до начала производства режущих инструментов, что позволяет сформировать благоприятную структуру составов и добиться оптимального показателя твердости материала. Отжиг сфероидизирующего вида проводится для заэвтектоидных сплавов. Это дает возможность получить зернистую форму вторичного цементита. А конкретной величины зерна несложно добиться, изменяя скорость охлаждения.

Финальным этапом термообработки является закалка инструментальной стали, после чего она подвергается отпуску, температура которого зависит от желаемой твердости инструмента. Так, для ударных изделий (молотки, зубила) температура отпуска равняется примерно 290 °С (в этом случае они имеют твердость от 56 до 58 HRC и необходимый показатель вязкости), для плашек, граверных приспособлений и напильников – не более 200 °С (от 150), что обеспечивает наибольшую твердость изделий на уровне 62–64 HRC.

Закаленные стали могут иметь один из двух вариантов структуры:

карбиды и мартенсит;
просто мартенсит.

Отметим отдельно и то, что неполная закалка стали предусмотрена для заэвтектоидных сплавов, а полная – для доэвтектоидных.

Классификация стали.

Несмотря на существование множества современных высокотехнологичных материалов, сталь остаётся одним из самых широко применяемых материалов. Относится это и к производству приводных механизмов. Каким бы ни был редуктор, в нём обязательно присутствуют стальные детали. Справедливо это утверждение и по отношению к приводным цепям.

Итак, рассмотрим основные варианты классификации стали.

По назначению.

По своему назначению сталь подразделяется на следующие категории – строительная, машиностроительная и инструментальная.

Строительная сталь.

Основным требованием, предъявляемым к строительной стали, является хорошая свариваемость. Это возможно при содержании углерода до 0,25%. Справедливым будет утверждение, что к строительным относятся низкоуглеродистые стали. Типовые марки – Ст1, Ст2 и Ст3.

Применение строительной стали.

Химический состав строительной стали определяет её применение в различных строительных конструкциях или оборудовании при необходимости соединения сборочных единиц путём проведения сварочных работ. Некоторые модели цилиндрических редукторов компонуются в корпусах из строительной стали.

Машиностроительная сталь.

К машиностроительным сталям относится сплав железа и углерода с содержанием последнего в пределах от 0,3 до 0,7%. Данный тип имеет худшую, по сравнению со строительной сталью, свариваемость, но при этом лучше воспринимает процесс закалки и отпуска. Типовые марки – Сталь 40Х или Сталь 45.

Применение машиностроительной стали.

Среднеуглеродистые машиностроительные стали применяются при производстве самого широкого спектра деталей в общем машиностроении. Как правило, производственный процесс подразумевает наличие термических или химико-термических операций. Пример продукции, представленной в каталоге, – запасные части редукторов и звенья приводных роликовых цепей.

Инструментальная сталь.

Название инструментальной стали говорит за себя. Основным требованием, предъявляемым к любому стальному инструменту, является твёрдость. Эта характеристика достигается путём достижения доли содержания углерода в сплаве свыше 0,7%. Наиболее распространённые марки – от У7 до У13.

Применение инструментальной стали.

Помимо своего прямого назначения, инструментальная сталь применяется при производстве различных пружин. В частности, плоские пружины используются при сборке электродвигателей и соединительных замков цепей.

По содержанию углерода.

Показатель процентного содержания углерода в химическом составе стали определяет её отношение к одной из трёх групп:

низкоуглеродистые – содержание углерода менее 0,25%;
среднеуглеродистые – углерода содержится от 0,3 до 0,7%;
высокоуглеродистые – доля углерода превышает 0,7%.

Низкоуглеродистые стали.

Низкоуглеродистая сталь может иметь множество различных обозначений. Всё зависит от массовой доли углерода и наличия в сплаве дополнительных химических элементов. Пример – Ст 08пс, Сталь 10 или 25ХГЛ. Общее в обозначении – первое число не более 25. Самый характерный признак данной категории – прекрасная свариваемость

Применение низкоуглеродистой стали в редукторах.

Из низкоуглеродистых сталей производятся различные штампованные элементы корпусов редукторов – различные смотровые люки и крышки. Сталь с содержанием углерода 0,2-0,25% применяется при изготовлении зубчатых колёс мотор-редукторов типа МЦ2С и цилиндрических редукторов типа Ц2У. Для повышения прочностных характеристик шестерни после механической обработки подвергаются цементации.

Среднеуглеродистая сталь.

Среднеуглеродистые стали имеют в своей маркировке начальные числа от 30 до 50, что означает сотые доли процента содержания углерода. Свариваемость плохая – всем знакома ситуация, когда шов трескается. Пример марок среднеуглеродистых сталей – Сталь 40Х, Сталь 45 или 50Г2.

Применение среднеуглеродистой стали.

До недавних пор среднеуглеродистые стали являлись основным материалом для изготовления валов-шестерен и колёс зубчатых редукторов. Например, так производились редукторы типа РМ или РЦД. В настоящее время из данной категории металла изготавливают различные валы и муфты, работающие под нагрузкой или при повышенной вибрации.

Высокоуглеродистые стали.

В высокоуглеродистых сталях фактическое содержание углерода превышает 0,55%. Чем выше в стали содержится углерода, тем больше её физические свойства приближаются к чугуну. Это же можно сказать и относительно прочности. Пример марок – У7А, У9А или У13А. Производство высокоуглеродистых сталей принято считать более затратным.

Классификация материалов

Инструментальные стали делятся на три основные категории:

Для холодной обработки металлов;
Для горячей обработки металлов;
Быстрорежущие.

Первые могут закаливаться на воздухе и в масле, вторые – только в масле

Причина: закалка в масле снижает максимально достижимую твёрдость поверхности, что важно при обработке металлов в холодном состоянии, когда пластичность заготовок понижена.. К другим типам инструментальных сталей относятся водоотверждаемые, ударостойкие, а также материалы специального назначения.

К другим типам инструментальных сталей относятся водоотверждаемые, ударостойкие, а также материалы специального назначения.

Область применения различных марок быстрорежущих сталей

Рассматривая применение износостойкого металла следует уделить внимание тому, что конкретный состав металла определяет его эксплуатационные качества. Инструмент изготовленный из подобного металла может выдерживать длительную эксплуатацию

Режущий инструмент из быстрорежущей стали

Область применения достаточно обширна:

Изготовление сверл. Сверла имеют достаточно сложную форму и конструкцию, которая получается путем литья.
Изготовление резцов. Сегодня для удешевления резцов их основная часть изготавливается из недорого металла, и только режущая кромка из износостойкого материала.
Изготовление напаек для режущего инструмента. В некоторые случаях режущая кромка сменная.
Изготовление фрез. Фрезы также получаются методом литья расплавленного металла.

Сегодня, при повсеместной установке станков с ЧПУ, режущий инструмент повышенной устойчивости является единственным выходом из сложившейся ситуации, когда высокие скорости обработки создают проблемы.

Виды инструментальных сталей

Все марки сталей для производства инструментов подразделяют на 5 основных групп.

Теплостойкие и вязкие

Как правило, это за- и доэвтектоидные стали, которые содержат в своем составе молибден, вольфрам и хром. Содержание углерода в таких легированных инструментальных сталях соответствует средним и низким значениям.

Высокотвердые и вязкие, нетеплостойкие

Такие сплавы отличает низкое содержание легированных элементов и среднее — углерода. Они также характеризуются невысокой прокаливаемостью.

Высокотвердые, теплостойкие и износостойкие

К таким маркам относятся быстрорежущие легированные стали (содержание легирующих элементов в них очень велико), а также сплавы с ледебуритной структурой, содержащие в своем составе более 3% углерода.

Износостойкие, высокотвердые и средней теплостойкости

Это стали с заэвтектоидной и ледебуритной структурой, в состав которых входит 2-3% углерода и от 5 до 12% хрома.

Высокотвердые и нетеплостойкие

Состав таких инструментальных сталей с заэвтектоидной структурой либо вообще не содержит легированных элементов, либо содержит их в незначительных количествах. Уровень твердости таких сплавов обеспечивается большим количеством углерода в их составе.

Классификация инструментальной стали в виде схемы

Важным параметром инструментальных сталей является уровень их твердости. Как правило, высокотвердые стали нежелательно применять для производства инструмента, который в процессе эксплуатации подвергается ударным нагрузкам. Объясняется это тем, что такие сплавы обладают невысокой вязкостью и значительной хрупкостью, что может привести к поломке инструмента, который из них изготовлен.

По уровню твердости можно выделить две категории инструментальных сталей:

с высоким уровнем вязкости (содержание углерода в пределах 0,4-0,7%);
с высокой износостойкостью и твердостью (углерода в них содержится больше: 0,7-1,5%).

Деталь гидромолота из высокотвердой стали

Классифицируют марки сталей и по степени их прокаливаемости. По данному критерию различают легированные стали с повышенной (возможный диаметр прокаливания 80-100 мм), высокой (50-80 мм) и низкой (10-25 мм) прокаливаемостью.

Способы улучшения прочностных характеристик

Если свойства марок легированных сталей улучшают посредством ввода в их состав специальных добавок, то решение такой задачи по отношению к углеродистым сплавам осуществляется за счет выполнения термообработки. Одним из передовых методов последней является поверхностная плазменная закалка. В результате использования этой технологии в поверхностном слое металла формируется структура, состоящая из мартенсита, твердость которого составляет 9,5 ГПа (на некоторых участках она доходит до 11,5 ГПа).

Само оборудование для плазменной закалки малогабаритно, мобильно и просто в эксплуатации

Поверхностная плазменная закалка также приводит к тому, что в структуре металла формируется метастабильный остаточный аустенит, количество которого возрастает, если в составе стали увеличивается процентное содержание углерода. Данное структурное образование, которое может преобразоваться в мартенсит при выполнении обкатки изделия из углеродистой стали, значительно улучшает такую характеристику металла, как износостойкость.

Одним из эффективных способов, позволяющих значительно улучшить характеристики углеродистой стали, является химико-термическая обработка. Суть данной технологии заключается в том, что стальной сплав, нагретый до определенной температуры, подвергают химическому воздействию, что и позволяет значительно улучшить его характеристики. После такой обработки, которой могут быть подвергнуты углеродистые стали различных марок, повышаются твердость и износостойкость металла, а также улучшается его коррозионная устойчивость по отношению к влажным и кислым средам.

Обработка деталей химико-термическим способом в вакуумной печи значительно увеличивает поверхностную прочность

Применение

Применение инструментальных углеродистых сталей во многом зависит от химического состава. Чаще всего применяется для получения:

Режущего инструмента. На протяжении многих лет для изготовления инструментов использовали обычную сталь, которая в процессе работы могла нагреваться и быстро изнашиваться. На тот момент устанавливались станки токарной и сверлильной группы, которые могли проводить обработку только при низкой скорости и невысокой подачи. Появление современного оборудования, в частности станков с ЧПУ, привело к повышению требований, предъявляемых к инструменту. Только появление инструментальной стали и твердых сплавов позволило полностью раскрыть потенциал современного оборудования. Также не стоит забывать, что для получения качественных поверхностей должна существенно увеличиваться скорость подачи, повысить производительность можно при увеличении подачи. Современные режущие инструменты могут выдерживать неоднократные циклы нагрева и охлаждения, срок эксплуатации при этом увеличивается в несколько десятков раз.
Высококачественных деталей. Примером можно назвать конструкцию ДВС, которая имеет поверхности с точными размерами и шероховатостью. Для того чтобы при эксплуатации подвижные элементы не меняли свою форму по причине нагрева их изготавливают из инструментальной стали.
Приборов, применяемых для проведения точных измерений. Для получения небольших деталей с точностью линейных размеров в несколько сотен миллиметров заготовка не должна нагреваться или деформироваться за счет оказываемого давления со стороны режущего инструмента.
Литейной прессформы, которая должна выдерживать существенное давление.

Применение углеродистых инструментальных сталей в зависимости от марки

Для изготовления деталей больше всего подходить марка У7 или У7А, для изготовления режущего и другого инструмента У10 или У12. Данная закономерность связана с тем, что для получения режущего инструмента должны использоваться более твердые металлы.

Маркировка углеродистых инструментальных сталей в данном случае указывает на процентное содержание углерода и наличие других примесей.

При холодном прессовании могут применяться марки У10 – У12. Проведенные тесты указывают на то, что их твердость составляет 57-59 HRC. Среди особенностей отметим:

Достаточно высокую вязкость.
Высокий уровень сопротивления деформациям пластического типа.
Повышенная износостойкость.

https://youtube.com/watch?v=duRwmp-2hFg

Если габариты инструмента большие, то могут применяться сплавы, в состав которых включаются полезные примеси.

Углеродистые инструментальные стали