_(14597078767).jpg/1280px-Tool_steels,_data_and_tables_appertaining_to_electric_tool_steels_(1918)_(14597078767).jpg)
Инструментальная сталь — это любая из различных углеродистых и легированных сталей , которые особенно хорошо подходят для изготовления инструментов и оснастки, включая режущие инструменты , штампы , ручные инструменты , ножи и другие. Их пригодность обусловлена их особой твердостью , устойчивостью к истиранию и деформации, а также способностью удерживать режущую кромку при повышенных температурах. В результате инструментальные стали подходят для использования при обработке других материалов, например, при резке , механической обработке , штамповке или ковке .
Инструментальные стали с содержанием углерода от 0,5% до 1,5% производятся в тщательно контролируемых условиях для обеспечения требуемого качества. Наличие карбидов в их матрице играет доминирующую роль в качествах инструментальных сталей. Четыре основных легирующих элемента, которые образуют карбиды в инструментальной стали: вольфрам , хром , ванадий и молибден . Скорость растворения различных карбидов в аустенитной форме железа определяет характеристики стали при высоких температурах (чем медленнее, тем лучше, что делает сталь жаропрочной). Правильная термическая обработка этих сталей важна для обеспечения адекватных эксплуатационных характеристик. [1] Содержание марганца часто поддерживают на низком уровне, чтобы свести к минимуму возможность растрескивания во время закалки в воде .
Выделяют шесть групп инструментальных сталей: водозакаленные, холоднодеформированные, ударопрочные, быстрорежущие, жаропрочные и специального назначения. Выбор группы зависит от стоимости, рабочей температуры, требуемой твердости поверхности, прочности, ударостойкости и требований к ударной вязкости. [2] Чем тяжелее условия эксплуатации (более высокая температура, абразивность, коррозионная активность, нагрузка), тем выше содержание легирующих элементов и, как следствие, количество карбидов, необходимое для инструментальной стали.
Инструментальные стали используются для резки, прессования, экструзии и чеканки металлов и других материалов. Их использование в инструментах имеет важное значение; Например, для литьевых форм требуется инструментальная сталь из-за ее стойкости к истиранию — важного критерия долговечности формы, которая позволяет выполнять сотни тысяч операций формования в течение ее срока службы.
Марки инструментальной стали AISI - SAE являются наиболее распространенной шкалой, используемой для идентификации различных марок инструментальной стали . Отдельные сплавы внутри одной марки имеют номер; например: А2, О1 и т. д.
Инструментальная сталь W-группы получила свое название из-за ее определяющего свойства – закалки в воде. Сталь марки W по существу представляет собой высокоуглеродистую углеродистую сталь . Эта группа инструментальных сталей является наиболее часто используемой инструментальной сталью из-за ее низкой стоимости по сравнению с другими. Они хорошо подходят для деталей и применений, где не используются высокие температуры; выше 150 ° C (302 ° F) он начинает заметно размягчаться. Ее прокаливаемость низкая, поэтому инструментальные стали W-группы необходимо подвергать быстрой закалке, требующей использования воды. Эти стали могут достигать высокой твердости (выше 66 HRC ) и являются довольно хрупкими по сравнению с другими инструментальными сталями. W-образные стали все еще продаются, особенно для пружин, но используются гораздо менее широко, чем в 19 и начале 20 веков. Частично это связано с тем, что W-стали деформируются и трескаются во время закалки гораздо сильнее, чем стали, закаленные в масле или на воздухе.
Прочность инструментальных сталей W-группы повышается за счет легирования марганцем, кремнием и молибденом. Для сохранения мелких размеров зерен при термообработке используется до 0,20% ванадия.
Типичными применениями различных углеродных составов являются W-стали:
К инструментальным сталям для холодной обработки относятся серия О (закалка в масле), серия А (закалка на воздухе) и серия Д (высокоуглеродисто-хромистые). Это стали, используемые для резки или формовки материалов, находящихся при низких температурах. Эта группа обладает высокой прокаливаемостью и износостойкостью, средней вязкостью и термостойкостью. Их используют при производстве более крупных деталей или деталей, требующих минимальных деформаций при закалке. Использование закалки в масле и закалки на воздухе помогает уменьшить деформацию, избегая более высоких напряжений, вызванных более быстрой закалкой в воде. В этих сталях используется больше легирующих элементов по сравнению с водозакаленным классом. Эти сплавы повышают прокаливаемость стали и, следовательно, требуют менее жесткого процесса закалки и, как следствие, с меньшей вероятностью растрескиваются. Они имеют высокую поверхностную твердость и часто используются для изготовления лезвий ножей. Обрабатываемость марок, закаленных в масле, высокая, а у марок с высоким содержанием углерода и хрома — низкая.
В эту серию входят тип O1, тип O2, тип O6 и тип O7. Все стали этой группы обычно закаливаются при температуре 800 °C, закаливаются в масле, а затем отпускаются при температуре < 200 °C. [3] [4] [5] [6] [7]
Первой инструментальной сталью, закаленной на воздухе, была сталь мушет , которая в то время была известна как закаленная на воздухе сталь .
Современные закаленные на воздухе стали характеризуются низкой деформацией при термообработке из-за высокого содержания хрома. Их обрабатываемость хорошая, и они имеют баланс износостойкости и прочности (т.е. между классами D и ударопрочными). [11]
Серия D класса инструментальных сталей для холодной обработки, в которую первоначально входили типы D2, D3, D6 и D7, содержит от 10% до 13% хрома (что необычно много). Эти стали сохраняют свою твердость до температуры 425 °C (797 °F). Общие области применения этих инструментальных сталей включают ковочные штампы, штампы для литья под давлением и волочильные штампы. Из-за высокого содержания хрома некоторые инструментальные стали типа D часто считаются нержавеющими или полунержавеющими, однако их коррозионная стойкость очень ограничена из-за осаждения большинства компонентов хрома и углерода в виде карбидов.
Высокую ударостойкость и хорошую прокаливаемость обеспечивают хромо-вольфрамовое, кремний-молибденовое, кремний-марганцевое легирование. Ударопрочные групповые инструментальные стали (S) предназначены для противодействия ударам как при низких, так и при высоких температурах. Для необходимой прочности требуется низкое содержание углерода (около 0,5 % углерода). Карбидообразующие сплавы обеспечивают необходимую стойкость к истиранию, прокаливаемость и жаропрочность. Это семейство сталей обладает очень высокой ударной вязкостью, относительно низкой стойкостью к истиранию и может достигать относительно высокой твердости ( HRC 58/60). В США прочность обычно определяется содержанием кремния от 1 до 2% и молибдена от 0,5 до 1%. В Европе ударные стали часто содержат 0,5–0,6% углерода и около 3% никеля. Диапазон содержания никеля от 1,75% до 2,75% до сих пор используется в некоторых ударостойких и высокопрочных низколегированных сталях (HSLA), таких как L6, 4340 и шведская пильная сталь, но это относительно дорого. Примером его использования является производство долот для отбойных молотков.
Стали для горячей обработки представляют собой группу сталей, используемых для резки или формования материала при высоких температурах. Инструментальные стали Н-группы были разработаны для обеспечения прочности и твердости при длительном воздействии повышенных температур. Эти инструментальные стали являются низкоуглеродистыми и легированными от умеренных до высоколегированных, которые обеспечивают хорошую твердость и ударную вязкость в горячем состоянии, а также хорошую износостойкость благодаря значительному количеству карбидов. [1] H1–H19 основаны на содержании хрома 5 %; От H20 до H39 основаны на содержании вольфрама 9–18% и хроме 3–4%; От H40 до H59 основаны на молибдене.
Примеры включают инструментальную сталь DIN 1.2344 (H13).
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)