Что такое инструментальная сталь?

Инструментальная сталь: определение, типы и использование

Высокоуглеродистые и легированные стали, известные как «инструментальные стали», часто используются для изготовления фрез, разверток, бит и других предметов, необходимых для обработки металлов, пластмасс и дерева.

Инструментальные стали обычно содержат кобальт или никель для повышения прочности и производительности при высоких температурах, а также карбидообразователь для повышения износостойкости, в том числе: хром, ванадий, молибден и вольфрам в различных сочетаниях.

Большая часть инструментальной стали производится в электродуговых печах, где ее плавят, очищают, доводят до нужного состава, затем разливают в слитки, охлаждают и отжигают для подготовки к дальнейшей обработке.

Некоторые инструментальные стали производятся методом порошковой металлургии или другими специализированными процессами.

В этой статье будут обсуждаться общие характеристики инструментальных сталей, различные составы инструментальных сталей, различные марки инструментальных сталей и области применения инструментальных сталей.

Что такое инструментальная сталь?

Название «инструментальная сталь» относится к ряду углеродистых и легированных сталей, которые особенно хорошо подходят для использования в производстве инструментов.

Эти стали отличаются твердостью, износостойкостью, ударной вязкостью, устойчивостью к размягчению при высоких температурах. Эти свойства делают их подходящими кандидатами для изготовления инструментов, включая развертки, сверла, штампы и ручные инструменты.

Они делятся на многочисленные категории в зависимости от их особенностей и состава.

Различают семь основных типов инструментальных сталей: водозакаливаемые, жаропрочные, холоднодеформированные, ударопрочные, литейные, быстрорежущие и инструментальные стали специального назначения.

Например, присутствие карбидообразующих элементов, таких как хром, ванадий, молибден и вольфрам, является ключевыми отличительными чертами быстрорежущих инструментальных сталей.

Их характеристики при высоких температурах улучшаются за счет добавления кобальта или никеля.

Инструментальные стали обычно подвергаются термообработке для повышения их твердости и используются для штамповки металлов, формовки, резки, резки и формовки пластмасс.

Состав инструментальной стали?

Инструментальные стали состоят из различных комбинаций карбидообразующих металлов, таких как хром, молибден, вольфрам и ванадий.

Эти сплавы на основе железа имеют относительно высокое содержание углерода для прочности и карбидообразования.

Замещающие растворенные вещества, такие как никель и кобальт, добавляются для повышения жаропрочности.

Карбидообразующие металлы, такие как хром, молибден, вольфрам и ванадий, добавляются для повышения твердости и износостойкости.

Они делятся на различные категории в зависимости от их состава и характеристик, включая: инструментальные стали для холодной обработки, инструментальные стали для горячей обработки и быстрорежущие инструментальные стали.

Сколько углерода в инструментальной стали?

Процентное содержание углерода в инструментальных сталях обычно находится в диапазоне от 0,7 до 1,5 мас.% углерода. Однако некоторые инструментальные стали могут содержать до 2,1 % углерода, а другие — менее 0,25 %.

Твердость, прочность и прокаливаемость повышаются с увеличением концентрации углерода. Однако из-за своей склонности к образованию мартенсита углерод также делает материалы более хрупкими и менее свариваемыми.

Как производится инструментальная сталь?

Инструментальная сталь изготавливается различными способами. Один из основных способов – через электродуговую печь (ЭДП).

ЭДП производится путем плавления переработанного стального лома в электродуговой печи вместе с легирующими компонентами.

Чтобы остановить окисление, расплавленную смесь смешивают с химикатами и бросают в огромный ковш. Затем сталь может стекать в огромные формы для формирования слитков после того, как примеси будут удалены на этой стадии рафинирования.

Альтернативой ЭДП является электрошлаковое рафинирование (ЭШП). С помощью этого метода слитки с гладкими поверхностями и без трубок (отверстий) или пористости (несовершенств) создаются с использованием метода прогрессивного плавления.

Это создает очень высококачественную сталь с небольшим количеством дефектов. Другие общие этапы производства инструментальной стали включают:

  1. Отжиг: Сталь нагревают до определенной температуры и выдерживают ее в течение определенного времени, прежде чем снова охладить. Этот процесс вызывает изменение молекулярной структуры стали, делая ее менее хрупкой и более пригодной для обработки.
  2. Горячее или холодное волочение: процессы волочения используются на инструментальной стали для достижения более высоких допусков, меньших размеров или уникальных форм. Из-за высокой прочности и ограниченной пластичности инструментальных сталей применяют многочисленные проходы или горячее волочение при температурах до 540°С. Холодное волочение обычно ограничивается одним легким проходом, чтобы предотвратить поломку сырья.

Где используется инструментальная сталь?

Инструментальные стали используются в самых разных отраслях и областях применения, в том числе: резка, формовка, резка и штамповка металлов и пластмасс; экструзия пластиковых компонентов, таких как трубы и оконные рамы из винила; и производство штампов для прессования металлического порошка в форме шестерен.

Свойства инструментальной стали

Инструментальная сталь обладает тремя ключевыми свойствами: износостойкостью, жаростойкостью и ударной вязкостью.

Легирующие элементы добавляются для повышения прочности, износостойкости, твердости и ударной вязкости. Степень устойчивости стали к деформации измеряется ее твердостью.

Тест Роквелла C чаще всего используется для измерения твердости инструментальных сталей.

В зависимости от сорта закаленные инструментальные стали для холодной обработки имеют твердость около 58/64 HRC (Rockwell C). Большинство из них обычно имеют твердость 60/62 HRC, в то время как некоторые из них иногда используются до 66 HRC.

Какая температура требуется для закалки инструментальной стали?

Температура, используемая для закалки инструментальной стали, зависит от химического состава стали.

Различные типы инструментальной стали обычно подвергаются термообработке при критических температурах, которые определяются типом стали и обычно находятся в диапазоне 760-1300 °C. Затем за этим этапом следует этап контролируемого охлаждения.

Основные типы инструментальной стали

Инструментальные стали можно разделить на семь основных категорий. В таблице 1 ниже перечислены категории с соответствующими символами и атрибутами:

Таблица 1. Обозначения инструментальной стали
Группа инструментальной стали Символ инструментальной стали Атрибут

Закалка водой

Вт

Закалка водой

Холодная обработка

О

Масляная закалка

Холодная обработка

А

закалка на воздухе

Холодная обработка

Д

Высокоуглеродистый, высокохромистый

Горячий

ЧАС

H40-H59 (на основе молибдена)

Горячий

ЧАС

H20-H39 (на основе вольфрама)

Горячий

ЧАС

H1-H19 (на основе хрома)

Высокоскоростной

М

на основе молибдена

Высокоскоростной

Т

на основе вольфрама

Пластиковая форма

п

Низкоуглеродистый, на основе хрома и никеля

Спец. Назначение

Ф

на основе углерода/вольфрама

Спец. Назначение

л

Низколегированный

Примечание. Все значения указаны в см/с.

1. Водозакаливаемые инструментальные стали (обозначение W)

Инструментальные стали марки W представляют собой высокоуглеродистую сталь, требующую закалки в воде, поскольку низкое содержание легирующих элементов обеспечивает более низкую прокаливаемость по сравнению с другими инструментальными сталями.

Небольшие количества других элементов, таких как марганец, молибден и силикон, могут быть добавлены в сталь для дополнительной функциональности.

Эта группа инструментальных сталей дешевле, чем другие, что делает ее популярным выбором для многих основных применений.

Хотя зачастую она стоит дешевле других видов инструментальных сталей, ее нельзя использовать в ситуациях, когда присутствуют высокие температуры — при 150 °С они начинают заметно размягчаться.

Эта сталь может достигать высоких уровней твердости, но она более хрупкая по сравнению с другими инструментальными сталями.

Закалка в воде, которая может привести к большему короблению и растрескиванию, требуется для всех инструментальных сталей класса W.

Некоторые распространенные области применения: изготовление штампов для холодной высадки, инструментов для тиснения,

2. Ударопрочные инструментальные стали (обозначение S)

Ударопрочная инструментальная сталь была создана, чтобы выдерживать нагрузки при низких температурах с достаточной твердостью в горячем состоянии.

Металлы класса S характеризуются высокой ударной вязкостью при ограниченной стойкости к истиранию. Стали типа S не относятся к числу жаропрочных инструментальных сталей, с температурным пределом до 537 °С.

Типичные области применения включают: зубила, инструменты для котельных, кулачки инструментальных патронов, цанги, детали муфт, штампы для горячей и холодной штамповки, лезвия для горячей и холодной резки и ножи для измельчения.

3. Литейные стали (обозначение P)

Инструментальные стали P-типа используются для изготовления пресс-форм для изготовления пластиковых деталей.

Эти стали являются подходящими формами и штампами для таких процессов, как холодная штамповка, горячая ковка, литье под давлением и литье пластмасс под давлением.

Обычные марки инструментальной стали для литейных форм включают P20 и 420 (высокоочищенная нержавеющая сталь с формовочным качеством).

4. Инструментальные стали для холодной обработки

Инструментальные стали для холодной обработки делятся на три категории: закаливаемые на воздухе (марка А), закаливаемые в масле (марка О) и высокоуглеродистые хромистые (марка D) инструментальные стали.

Эта группа инструментальных сталей отличается средней твердостью, высокой износостойкостью и высокой прокаливаемостью.

Обычно они используются при изготовлении более крупных деталей или деталей, которые требуют минимальной деформации при закалке.

Инструментальная сталь класса А — это стали с воздушным охлаждением. Эти стали сочетают в себе преимущества свойств глубокой закалки, равных маркам закалки на воздухе, с низким диапазоном температур закалки, аналогичным маркам закалки в масле.

По сравнению с другими марками закалки на воздухе или в масле, инструментальная сталь A6 демонстрирует наименьшую деформацию.

Эта инструментальная сталь легко обрабатывается и имеет хороший баланс прочности и износостойкости. Его обычное использование включает: чеканку, кулачки, гибку штампов, оправки и вырубку.

Инструментальные стали марки О обозначают стали, закаливаемые в масле. Он прочен, имеет хорошую стойкость к истиранию и используется в различных областях. Области применения включают в себя: гребенки (нарезание резьбы), оправки, втулки и заготовку штампов.

Инструментальные стали типа Д имеют содержание хрома 10-13%. Они могут сохранять свою твердость до 425 °C.

Эти стали также являются закаливаемыми на воздухе сталями с высокой прокаливаемостью, малой деформацией, хорошей износостойкостью и хороши для больших производственных циклов. Общие области применения: блоки для литья под давлением, штампы для волочения и ковки.

5. Инструментальные стали для горячей обработки (обозначение H)

Инструментальные стали марки Н используются для обработки материала при высоких температурах, за исключением режущих.

Инструментальная сталь марки H тверже и прочнее и идеально подходит для применений, в которых сталь будет подвергаться воздействию высоких температур в течение длительных интервалов времени. Эти металлы имеют изрядное количество легирующих элементов с небольшим содержанием углерода.

Инструментальная сталь марки H часто используется для изготовления корпусов головок холодной высадки и процессов горячей экструзии магния или алюминия.

6. Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали (HSS) делятся на М-тип (на основе молибдена) и Т-тип (на основе вольфрама). Молибденовые стали имеют более короткий диапазон закалки и более низкую температуру закалки, чем вольфрамовые марки, из-за их несколько более низкой температуры плавления.

Хотя быстрорежущие инструментальные стали типа M немного менее твердые, чем быстрорежущие инструментальные стали типа T, они более долговечны.

Быстрорежущие стали часто используются в режущих инструментах, насадках, сверлах и полотнах для механических пил. Эти стали способны выдерживать высокие температуры без потери твердости.

Быстрорежущие стали названы так потому, что они могут резать при более высоких скоростях инструмента и подаче, чем простые высокоуглеродистые стали.

По сравнению с обычными углеродистыми и инструментальными сталями, марки быстрорежущей стали обычно демонстрируют более высокие уровни твердости и стойкости к истиранию (обычно связанные с компонентами вольфрама и ванадия, часто используемыми в быстрорежущих сталях).

7. Инструментальные стали специального назначения

Инструментальные стали специального назначения слишком дороги по сравнению с обычными инструментальными сталями W-типа.

Их особый состав и качество делают их пригодными для специальных применений, которые не могут быть выполнены со сталью W.

Эти стали не требуют дополнительных затрат на содержание сплава другой инструментальной стали и сопутствующих проблем с термообработкой.

Инструментальные стали специального назначения делятся на две группы: низколегированные (L-тип) и углеродисто-вольфрамовые (F-тип).

Инструментальные стали L-типа используются там, где в приоритете износостойкость и ударная вязкость, в том числе: подшипники, диски сцепления, ролики, ключи, кулачки и цанги. Стали с повышенным содержанием углерода используются для штампов, сверл, калибров, накаток и метчиков.

Стали типа F являются инструментальными сталями, закаливаемыми в воде. Эти стали идеально подходят для применений, требующих высокой износостойкости, но не высокой термостойкости или ударопрочности.

Общие области применения сталей F-типа включают: ножи для резки бумаги, протяжки, инструменты для полировки, развертки и калибры-пробки.

Подходит ли инструментальная сталь для литья под давлением?

Да, инструментальные стали подходят для форм для литья пластмасс под давлением, потому что они тверже других металлов. Их твердость позволяет им выдерживать многократные циклы нагревания и охлаждения без образования трещин. Они также более износостойкие, чем более мягкие сплавы.

В этой статье представлена ​​инструментальная сталь, объясняется, что это такое, и обсуждаются основные типы инструментальной стали и их характеристики.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

пять × три =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: