Сталь — один из наиболее широко распространенных металлических сплавов, используемый при изготовлении различных деталей машин, конструкций, опор и арматуры, а также всевозможных промышленных установок и арматуры.
Сталь также используется для изготовления большинства деталей, которые являются ключевыми компонентами многих видов оборудования. Своей универсальностью сталь обязана возможности достаточно свободно формировать химический состав сплава, в котором помимо атомов железа и углерода в различных пропорциях можно обнаружить множество других элементов, улучшающих различные свойства, актуальные для конкретных областей применения стали. Поэтому, если вы хотите купить качественный и новый металлопрокат и бу металлопрокат, рекомендуем посетить сайт https://www.lubmet.com/metalloprokat. Здесь очень большой выбор металлопроката.
Существующие стали делятся на различные категории в зависимости от их структуры, например, углеродистые стали, которые содержат лишь небольшое количество других элементов в результате примесей в процессе производства, и легированные стали, в которые намеренно вводятся такие металлы, как хром, вольфрам или молибден. Сталь также делится по назначению — среди прочего, арматурная сталь, котельная сталь, конструкционная сталь и инструментальная сталь. Последняя группа особенно интересна из-за характерных свойств, которыми она должна обладать. Давайте подробнее рассмотрим требования к инструментальной стали, узнаем, какие виды стали могут быть вырезаны из этой группы и для чего она чаще всего используется.
Основные требования к инструментальным сталям
Инструментальные стали — это группа сталей, которые могут быть использованы для изготовления заготовок и деталей машин, предназначенных для придания им формы путем механической обработки, то есть точения, сверления, фрезерования, пазования, строгания или протягивания, а также шлифования или хонингования и формовки. Детали из инструментальной стали используются для механической резки ножами или пуансонами, штамповки или гибки. В некоторых случаях инструментальная сталь также используется для некоторых процессов термической или химической обработки, а также может применяться в качестве приспособления для удержания заготовки. Он часто используется для разделения и измельчения различных материалов, например, дробления или измельчения. Инструментальная сталь также может использоваться для производства точных измерительных приборов.
Требования к инструментальной стали могут сильно варьироваться в зависимости от использования заготовки, но есть несколько параметров, которые являются критическими в большинстве случаев. Одна из них — сделать инструмент как можно более долговечным, что выражается как в сроке службы, так и в подверженности повреждениям и деформации. Ключевой особенностью инструментальной стали является высокая поверхностная твердость, которая может быть дополнительно повышена путем термической или термохимической обработки. Это важно, поскольку инструмент всегда должен быть тверже обрабатываемого материала, а также важно, чтобы он не деформировался и сохранял свои размеры. Среди наиболее важных характеристик — сочетание твердости и прочности, а также устойчивость к большим нагрузкам.
Для большинства инструментов важен низкий уровень абразивности, поскольку даже относительно незначительный износ такого типа приводит к изменению профиля и ухудшению точности. Возможность термической и термохимической обработки, т.е. закаливаемость или возможность насыщения поверхности азотированием или науглероживанием, также являются важными параметрами. Также важно отсутствие чрезмерного теплового расширения и хорошая теплопроводность, что способствует эффективному охлаждению. Устойчивость к повышенным температурам обычно оказывается важной характеристикой. Часто инструменты, изготовленные из этого типа стали, интенсивно охлаждаются во время работы, поэтому высокая коррозионная стойкость и химическая стабильность также являются желательными характеристиками.
Виды инструментальной стали и их свойства
Семейство инструментальных сталей состоит из нескольких различных групп, отличающихся по химическому составу. К таким сталям относятся, согласно EN ISO 4957:2018-09, нелегированные стали (углеродистые стали) для холодной обработки, легированные стали для холодной обработки, легированные стали для горячей обработки и быстрорежущие стали. Стали, предназначенные для холодной обработки, сохраняют свои параметры при температурах, достигающих 200-300°C. Стали для горячей обработки не изменяют своих характеристик при нагрузках до 600°C. Нелегированные инструментальные стали содержат от 0,45 до 1,20% углерода, и их обозначение состоит из буквы C и числа, указывающего на количество углерода, выраженное в сотых долях процента, и буквы U, добавляемой в качестве символа инструментальной стали, например, C70U — 0,70% углерода. По старой номенклатуре названия даются в виде буквы N и числового значения, соответствующего содержанию углерода в десятых долях процента. Сталь C70U соответствует стали N7E. Углеродистые инструментальные стали отличаются твердостью, которая увеличивается с ростом содержания углерода от 54 до 62 HRC, а также тем, что они могут подвергаться неглубокой закалке, что позволяет сердцевине инструмента сохранять свою вязкость, и поэтому они более пригодны для динамических нагрузок. Из-за небольшой глубины закалки, составляющей максимум 12 мм, инструментальные стали используются для заготовок меньшего размера.
Легированные инструментальные стали — это марки стали, в которые помимо углерода, составляющего от 0,3 до 2,3% материала, вводятся легирующие элементы, такие как кремний, марганец и хром, для повышения прокаливаемости и износостойкости, например, молибден, ванадий или вольфрам, поскольку они способствуют образованию карбидов. Присутствие вольфрама, кремния и молибдена также может быть полезным для повышения устойчивости к отпуску, вызванному повышением температуры в процессе эксплуатации.
Холоднолегированные стали — это стали с добавлением хрома, вольфрама или ванадия, а иногда кремния, марганца, никеля или молибдена. Примером такой стали является сталь 100MnCrW4 (NMWV/1.2510) или сталь 80CrV2 (NCV1/1.2235). Инструментальные стали для горячей обработки подвергаются частым и значительным изменениям температуры и в то же время высокому давлению, истиранию и отпуску. Стали этой группы характеризуются высокой прочностью при высоких температурах, значительной твердостью и пластичностью в сочетании с высокой прокаливаемостью, что придает им хорошее сопротивление термической усталости. При их изготовлении используются такие добавки, как хром, который присутствует во всех марках из-за его повышенной термостойкости, а также очень распространенные молибден и ванадий. Вольфрам, никель, кобальт или небольшое количество бора также присутствуют в некоторых сортах. Легированные стали для горячей обработки различаются по содержанию добавок — среди сталей с содержанием легирующих элементов до 3% есть, например, 55NiCrMoV7 (WNLV/ 1.2714), а в группе до 7% среди прочих X40CRMOV5-1 (WCLV/1.2344).
Быстрорежущие стали являются одними из самых прочных инструментальных сталей. Они содержат более 0,6% углерода, 3-6% хрома и более 7% легирующих элементов, таких как молибден (до 8,7%), ванадий (4%), кобальт (до 10%) или вольфрам (до 18%). Присутствие молибдена, ванадия и вольфрама позволяет образовывать карбиды, повышающие твердость и износостойкость, хрома для повышения термостойкости и кобальта для улучшения теплопроводности. Быстрорежущие стали могут работать при температуре до 600°C. Название быстрорежущей стали — это буквенное обозначение HS и три или четыре числа, разделенные дефисом («-«), которые показывают процентное содержание с точностью до единицы вольфрама, молибдена, ванадия и кобальта соответственно. Отсутствие одного из этих элементов обозначается нулем, например, HS10-4-3-10, который эквивалентен SK10V или 1.3207, содержит 9,5% вольфрама, 3,6% молибдена, 3,3% ванадия и 10% кобальта.
Применение различных типов инструментальных сталей
Углеродистые инструментальные стали используются для менее сложных и ответственных задач. Сорта с низким содержанием углерода, например, C45U, в основном используются для изготовления простых ручных инструментов, которые можно использовать ударным способом — молотки, топоры, зубила, пилы, долота, ручные перфораторы. Сорта с более высоким содержанием углерода и, следовательно, более высокой твердостью, но хорошей пластичностью, такие как C80U, подходят для изготовления ножниц, ножей, некоторых каменных инструментов и столярных инструментов, среди прочих. Самые твердые нелегированные инструментальные стали используются для изготовления низкоскоростных инструментов, в том числе режущих, таких как сверла и фрезы. Его также можно использовать для маленьких дыроколов, пробойников и плашек для резьбы.
Легированные стали для холодной обработки могут использоваться для инструментов, требующих повышенной вязкости в сочетании с пониженным содержанием углерода из-за использования ударного воздействия, как в случае с молотковыми зубилами и топорами. По мере увеличения содержания углерода они подходят для более сложных применений, таких как пилы по дереву, пробойники, развертки, метчики и плашки. Сорта с самым высоким содержанием углерода используются для напильников и инструментов для низкоскоростной обработки, таких как сверла и фрезы.
Примерами применения легированной инструментальной стали для горячей обработки являются, в случае низколегированных сталей, использование в производстве деталей, которые находятся в относительно коротком контакте с тепловой нагрузкой, но подвергаются воздействию высоких динамических сил, связанных с ударом, и поэтому требуют высокой пластичности в сочетании с поверхностной твердостью, например, ковочные штампы, молоты и наковальни. Более высоколегированные стали, с другой стороны, используются там, где термическая нагрузка значительно больше, например, при изготовлении литейных форм.
Быстрорежущие стали используются в основном для производства инструментов, предназначенных для вращательного резания — фрез, сверл, токарных ножей, их свойства позволяют работать на высокой скорости, что значительно ускоряет весь процесс. Он также используется для производства режущих инструментов — пил или ножей.