Сплав Р18 способен сохранять свои ценные эксплуатационные характеристики при температурах, достигающих 600 градусов Цельсия. Данный сплав поставляется в различных формах:
Что изготавливают из инструментальной стали
Инструментальная сталь представляет собой специализированный класс стали, предназначенный для производства различных агрегатов, рабочих узлов, конструкций, а также деталей электроники. Этот тип стали характеризуется высокой твердостью и износостойкостью, что делает его отличным выбором для условий, подверженных термическим, химическим и механическим воздействиям.
Состав инструментальной стали включает углерод, хром, молибден, ванадий и другие легирующие элементы, которые придают материалу необходимые характеристики для выполнения определенных задач. Разные сплавы имеют свои уникальные преимущества, и выбор конкретного материала зависит от специфических требований проекта.
Процесс термообработки, который включает в себя закалку и отпуск, имеет решающее значение для формирования эксплуатационных характеристик стали. Закалка значительно увеличивает твердость материала, в то время как отпуск придаёт ему необходимую пластичность. Совместное использование этих процессов в итоге способствует продлению срока службы готовой продукции.
Инструментальная сталь служит основным сырьем для производства таких инструментов, как резцы, штампы, формовочные и наладочные инструменты. Также она широко используется для производства деталей точной механики в машиностроении, что делает её незаменимым материалом в различных отраслях производства.
Практическое использование
Инструментальная сталь производится для решения различных задач:
- уменьшение веса
- увеличение прочности
- стойкость к механическим и термическим нагрузкам
- долговечность
- защита от коррозии
Эти характеристики достигаются методом насыщения железа различными легирующими элементами в разных пропорциях. Однако у каждого сплава появляются свои уникальные свойства, зависящие от конкретного состава.
В зависимости от поставленных задач, существует два основных типа инструментальной стали:
- Углеродистая сталь: Насыщение углеродом делает её легкой и прочной по сравнению с обычной сталью. Применяется в основном для производства крупных конструкций.
- Легированная сталь: В таком сплаве присутствуют цветные металлы в определённых долях, что улучшает стойкость к воздействиям температуры, влаги и растяжению.
Назначение материала: состав
Инструментальная сталь содержит не менее 0,7% углерода. Процентное содержание углерода (C) может варьироваться и оказывает существенное влияние на физические свойства материала.
При низком содержании углерода сталь обладает высокой вязкостью, тогда как сплавы с содержанием более 0,7% демонстрируют высокую твердость и износостойкость.
Для улучшения физических характеристик металла в его состав вводят легирующие компоненты, такие как хром, молибден, кремний и другие важные элементы.
Из-за своей высокой прочности стальные сплавы используются для производства лезвий, пил, хирургических инструментов и других прецизионных изделий.
Какие бывают инструментальные стали
Производители классифицируют инструментальную сталь по критериям износостойкости, теплостойкости и твердости. Все сплавы распределяются на несколько категорий:
- Теплостойкие и вязкие: Углерод в таком сплаве находится на низком или среднем уровне. В состав добавляются хром и молибден.
- Нетеплостойкие, вязкие и высокой твердости: Содержат углерод на среднем уровне и характеризуются низким содержанием легированных компонентов.
- Высокой твердости, износостойкости и теплостойкости: Содержат более 3% углерода вместе с крупной долей легирующих компонентов.
- Средней теплостойкости, высокой твердости и износостойкости: В зависимости от марки в таком сплаве имеется от 2 до 3% углерода и от 5% хрома.
- Низкой теплостойкости и высокотвердые: В этом сплаве содержится много углерода и минимальное количество легированных элементов.
Кроме того, инструментальная сталь может быть:
Изготовленной с низким содержанием легирующих компонентов (до 1%), причём содержание углерода в таком сплаве не должно быть ниже 0,7%.
Высококачественная углеродистая сталь демонстрирует устойчивость к значительной механической деформации и обладает химической инертностью. Из данного материала изготавливают инструменты для различных целей, от механических до ручных. Этот металл также используется в электронно-измерительных приборах.
Процесс легирования стали позволяет повысить её коррозионную стойкость и устойчивость к механическим деформациям. Легирование также способствует увеличению пластичности материала и снижает его магнетизм.
Dанная разновидность инструментальных сталей содержит до 1,5% углерода, а легирующие элементы, такие как хром, молибден и кобальт, присутствуют в различных пропорциях.
Среди преимуществ стали можно выделить ее стойкость к деформациям, высокую твердость и немалую устойчивость к коррозии, что делает её отличным выбором для производства лезвий, пил и медицинских инструментов.
Для создания быстрорежущего сплава применяется технология закалки и отпуска (или отжига). Повышенная стоимость данного процесса оправдана сложностью производства.
В составе валковых сталей присутствуют разнообразные легирующие компоненты, что придаёт им высокую прочность.
Валковая сталь производят в виде листового металлопроката различной толщины, который затем режут на полосы и пластины. Из этого материала изготавливают инструменты для резки металлических заготовок и деталей.
Для улучшения технических характеристик валковой стали применяют процесс закалки.
Валковая сталь включает стальные сплавы с содержанием углерода до 1,5%. Поэтому для улучшения её характеристик, добавляют небольшие доли хрома, никеля и алюминия.
Отличительной особенностью сплава является то, что на завершающем этапе производства (выплавки) он очень вязкий, но после застывания приобретает высокую прочность и однородную структуру. Кроме того, на этапе выплавки сталь подвергается штамповке, что добавляет ей прочности.
Среди плюсов данной стали — высокая устойчивость к образованию дефектов, таких как трещины и сколы, а также увеличенная теплопроводность.
Применение
Инструментальные углеродистые стали являются одним из самых доступных по цене видов сплавов. Это связано с тем, что такие материалы имеют определенное ограничение по глубине проникновения закалённой зоны.
Применение углеродистых инструментальных сталей зависит от их химического состава, и они находят применение в производстве режущих и измерительных инструментов, а также в штамповке.
Сферы применения углеродистых сплавов достаточно широки:
- инструменты для деревообработки;
- пневматические инструменты;
- пресс-формы для литья;
- калибры;
- высококачественные детали;
- игольные проволоки;
- изделия с высокой точностью и другие аналогичные изделия.
Инструментальные углеродистые стали используются для производства высококачественной продукции. Их применение оказывается целесообразным в условиях, где не происходит критического повышения температуры рабочей кромки при низких скоростях обработки. Важно, чтобы углеродистая сталь не подвергалась сильному нагреву в процессе эксплуатации. Для производства механических деталей наиболее эффективной маркой будет У7 или У7А, а для изготовления режущих инструментов и аналогичных изделий — У10 или У12.
Классификация
При нагревании углеродистая сталь теряет свои механические свойства, особенно прочность. Поэтому данный сплав отлично подходит для изготовления инструментов, работающих на низких скоростях обработки. Так же, этот материал хорош для простых операций, если температура нагрева не превышает 200 градусов. Нужно учитывать и то, что углеродистая сталь имеет низкую свариваемость, что делает её неприменимой для сварочных работ. Этот тип материала делится на виды: легированные и быстрорежущие.
По виду
Согласно государственным стандартам (ГОСТ) любой металл должен иметь соответствующую маркировку. Если сталь подвергается легированию, в её состав добавляются никель, медь, марганец и другие элементы, что значительно повышает качество металла. Обозначение в данном случае будет происходить с помощью специальных символов.
Легированные сплавы, как и углеродистые, не подходят для сварных конструкций. Если сравнивать эти два вида, то первый вариант отличается большей глубиной прокаливаемости и меньшей склонностью к перегреву, что существенно снижает вероятность появления дефектов, таких как трещины в процессе термической обработки изделия. Это также влияет на минимальные размеры инструмента, которые могут варьироваться от 12 до 40 мм.
Для производства метчиков, напильников и аналогичных инструментов размером от 1 до 15 мм рекомендуется использовать низколегированные материалы марок 11Х и 13Х. Наибольшей красностойкостью и температурой термообработки в 250°С обладают материалы 9ХС и ХВГС, которые служат для изготовления гребёнок, плашек и других инструментов размером до 80 мм.
Быстрорежущая сталь идеальна для создания режущих инструментов, которые в процессе эксплуатации могут нагреваться до 650°С. При этом она не теряет своей формы и твердости.
Кроме того, стоит отметить, что данный вид стали хорошо совместим со сварочными материалами. По сравнению с другими видами, этот сплав имеет высокую красностойкость. Он сохраняет свои механические свойства при нагреве до 650°С, что позволяет увеличить скорость резки в 5 раз и срок службы инструмента в 32 раза. Технология термообработки данного сплава включает закалку, которая проходит при температуре 1250°С, и многократный низкий отпуск при 350°С. Если эти температурные режимы будут превышены, это может привести к ухудшению механических свойств, и изделия станут более хрупкими. Для повышения коррозионной стойкости нередко применяют обработку паром.
Виды
По качеству
Наиболее качественными являются инструментальные стали, которые могут содержать максимум 0,03% фосфора и серы. При заказе высококачественных сплавов необходимо, чтобы в их составе не было более 0,035% фосфора и 0,4% серы.
Использовать для производства инструментов любую сталь, кроме качественной и высококачественной, строго не рекомендуется. Материал с обычными характеристиками может применяться для деталей машин и общего проката, для проволоки и метизов, однако не подходит для высокофункциональных инструментов.
По содержанию углерода
Сплавы можно классифицировать и по другим признакам, среди которых ключевым является содержание углерода. Малоуглеродистая сталь содержит до 0,4% углерода. Среднеуглеродистая сталь в свою очередь имеет содержание 0,6% углерода, а высокоуглеродистая сталь насыщена углеродом более чем на 0,6%.
Также важно учитывать, в какой форме представлено железо. На этом основании выделяют сплавы:
- доэвтектоидные;
- эвтектоидные;
- заэвтектоидные (различия состоят в соотношении феррита и перлита).
В промышленности широко применяется штамповая разновидность инструментальной стали, которая получается в результате холодной или горячей деформации. В зависимости от этого используются разные сплавы, что определяет вязкость и прочность, а стойкость к износу достигает максимума при добавлении хрома. Инструментальная сталь, как правило, не является теплостойкой, но она обладает отличной твердостью и высоким уровнем прокаливаемости.
Маркировка
Конкретное обозначение инструментальной стали зависит от её уровня легирования. Углеродистые стали начинаются с буквы У, затем указываются одна или две цифры, показывающие десятые доли процента углерода. Самая качественная сталь завершается буквой А.
Легированные сплавы маркируются сначала одной цифрой, которая отражает содержание углерода (также в десятых долях процента). При концентрации углерода 1% и более такое обозначение опускается. Индексы легирующих компонентов формируются аналогично.
Для быстрорежущих сталей обозначение начинается буквой Р. Далее следует указание о количестве вольфрама, являющегося основным легирующим компонентом. Все быстрорежущие сплавы содержат 4% хрома; его концентрация, как и содержание углерода, не маркируются.
Для производства инструментальной стали используется ряд ГОСТ:
- 2590-88 – для горячекатаного круглого металла;
- 2591-88 – для горячего проката квадратной формы;
- 4405-75 – для кованых полос;
- 1435-74 – при выпуске углеродистого металла;
- 5950-2000 – для производства инструментальной легированной стали, в том числе предназначенной для штампов.
Несколько слов о маркировке
Все инструментальные стали имеют специальное буквенно-числовое обозначение. По ГОСТ этот код должен быть нанесен на каждую упаковку со стальными деталями, а в ряде случаев обозначение также должно наноситься на сами изделия. При транспортировке в другие государства маркировка обязательна. Кроме того, необходимо учитывать требования государственных стандартов принимающей стороны. Например, страна может потребовать, чтобы наряду с отечественной маркировкой на изделие был нанесён дополнительный код, соответствующий её национальным законодательным актам.
Код ГОСТ имеет следующую структуру: X1 X2 Y Z. Расшифровка будет следующей:
- X1 — этот показатель указывает на высокое содержание углерода в сплаве. Переменная X1 может принимать только одно значение — символ У. Так как инструментальные сплавы содержат увеличенное количество углерода, данный символ всегда присутствует. Таким образом, все инструментальные сплавы начинаются с символа У.
- X2 — этот показатель отражает концентрацию углерода в десятых долях процента. Минимальное значение, которое может принимать инструментальная сталь, равно 7 (это соответствует определению данного стального класса). Формально значение X2 не ограничено, но на практике содержание углерода в инструментальных сплавах редко превышает 1,2%. Поэтому обычно X2 находится в диапазоне от 7 до 12.
- Y — этот показатель указывает на наличие легирующих добавок. Основной легирующий элемент — марганец, вследствие чего переменная может быть обозначена буквой Г. Также могут использоваться хром (символ X), вольфрам (символ В) и другие легирующие вещества. При отсутствии легирующих добавок Y вообще не присутствует.
- Z — этот показатель определяет категорию сплава (качество). Если сплав является высококачественным, то в конце ставится буква А. Если же сплав просто качественный, то никаких символов не ставится.
- Например, у нас есть деталь с маркировкой У8ГА. Это означает, что в сплав входят повышенные уровни углерода (0,8%) и марганца, что указывает на высокое качество материала.
- Рассмотрим другой пример маркировки: У12. Здесь символы У и 12 указывают на содержание углерода 1,2%, в то время как отсутствие переменной Y подтверждает, что в материале нет значительных легирующих добавок. Буква А отсутствует, что означает, что данный материал считается качественным, но не высококачественным.
Заключение
Углеродистые инструментальные стали представляют собой стальные сплавы, содержащие не менее 0,7% углерода. Эти материалы обладают множеством положительных физических характеристик, таких как высокая прочность, хорошая пластичность, минимальный риск коррозии и способность сохранять форму при ударах. Производственный процесс этих сплавов довольно прост, что напрямую влияет на их ценовую доступность. Для улучшения свойств металла в него добавляют различные легирующие добавки, такие как хром, вольфрам, кобальт, алюминий и другие важные элементы.
Содержание серы и фосфора негативно влияет на физические свойства материала. Поэтому их уровень должен быть ниже 0,03% для серы и 0,035% для фосфора. Если в металле содержится до 0,02% серы и до 0,03% фосфора, его можно называть высококачественным. Инструментальные углеродистые сплавы широко используются для производства различных инструментов, таких как молотки, пилы, ролики, отвертки, кусачки и другие. В зависимости от их состава и способов обработки происходит деление на несколько категорий стали, среди которых выделяются стандартная, легированная, быстрорежущая, валковая и штамповая сталь. Популярные марки включают У7А, У8, У8А и У9. По ГОСТ инструментальные сплавы должны сопровождаться специальной маркировкой в виде буквенно-числового кода.
- Технология конструкционных материалов. Под ред. А. М. Дальского. — М.: Машиностроение, 1958.
- Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др. Под общ. ред. В. Г. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989.
- ГОСТ 1435-99 Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия
