Быстрорежущая сталь

Данная высоколегированная сталь используется в основном для изготовления металлорежущего инструмента, предназначенного для работы на высоких скоростях. В процессе работы такого инструмента температура растет и твердость материала может снижаться. Быстрорежущая сталь позволяет поднимать скорость работы в 3-5 раз по отношению к работе инструмента, изготовленного из углеродистой стали, которая не уступает в твердости при нормальной температуре, но теряет твердость при повышении температура.

Быстрорежущая сталь обладает свойством красностойкости – способностью поддерживать твердость на протяжении определенного времени при высокой температуре.

Быстрорежущие стали обладают повышенным содержанием ванадия или кобальта. Легирование вольфрамом, молибденом обеспечивает горячую твердость и красностойкость. На качество быстрорежущей стали также влияет чистота: отсутствие неметаллических включений.

Инструментальная сталь

Для инструментальной стали в соответствии с ГОСТом характерны следующие обозначения: Р18, Р9, Р9Ф5, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18М, Р9М, Р6М5 и др., - где литерой «Р» обозначается быстрорежущая сталь, а цифра – содержание вольфрама, выраженное в процентах. В качестве легирующих примесей при производстве инструментальной стали применяются хром, вольфрам, молибден, марганец, кремний.

Количество углерода в данной стали колеблется в интервале от 0,3 до 2,3%.

Твердость и прочность инструментальной стали позволяют эффективно сопротивляться удару, благодаря чему из инструментальной стали изготавливают не только режущий, но и штамповый, и измерительный инструмент. Метчики, развертки и другие длинные и тонкие инструменты из углеродистой стали проигрывают по своим качествам аналогичным изделиям из инструментальной стали.

Легированная сталь

Легированная сталь получается при добавлении в железо с углеродом и неизбежными примесями элементов, называющихся легирующими, для получения тех или иных свойств. В стали может содержаться 2-3 и более легирующих элементов, в различном процентном соотношении. Наличие в стали 2,5 % легирующих веществ указывает на низколегированную сталь. От 2,5% до 10% легирующих элементов содержится в среднелегированной, а более 10% в высоколегированной. Низколегированные стали применяют при создании инструмента, с температурным потолком для работы 200 – 250°С. Сталь 13Х и 9ХС – пример такой стали. 9Х5ВФ, 8Х4ВЗМЗФ2, среднелегированные, имеют более высокую теплостойкость: 300 — 400°С.

Полученные при легировании свойства позволяют подразделять сталь на: конструкционные стали, инструментальные стали и стали с особыми свойствами.

В отличие от углеродистых, легированные стали обладают высокой устойчивостью переохлажденного аустенита, большой прокаливаемостью и несколько более высокой износостойкостью. В результате чего закалка может проходить в масле и др. закалочных средах, уменьшая деформацию и коробление инструмента.

В ГОСТе легирующие добавки имеют следующие обозначения:

кремний - С;
хром - X;
никель - Н;
молибден - М;
марганец - Г;
вольфрам - В;
алюминий - А;
медь - Д;
кобальт - К.

Процент содержания легирующих веществ обозначается цифрой: 25ХГ2С, показывает, в данной стали содержится 0,25% углерода, 1% хрома, 2% марганца и 1% кремния. При маркировке высококачественной легированной стали в конце ставится буква А.

Химический состав некоторых легированных инструментальных сталей, %

Марка стали	С	м п	51	Сг	ш	V
13Х	1,25—1,40	0,30—0,60	0,15—0,35	0,40—0,70
9ХС	0,85—0,95	0,30-0,60	1,20—1,60	0,95—1,25
ХВГ	0,90—1,05	0,80—1,10	0,15—0,35	0,90—1,20	1,20—1,60	—
ХВСГ	0,95—1,05	0,60—0,90	0,65—1,00	0,60—1,10	0,50—0,80	0,05—0,15
9Х5ВФ	0,85—1,00	0,15—0,40	0,15—0,40	4,50—5,50	0,80—1,20	0,15—0,30

Высокая пластичность и повышенная прочность позволяет делать конструкции более легкими. Также легированные стали можно разделить на следующие группы:

нержавеющие,
кислотостойкие,
окалиностойкие,
жаропрочные

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь не содержит легирующих компонентов и в зависимости от процентного содержания углерода бывает низкоуглеродистой (до 0,25% содержания углерода ), среднеуглеродистой (0,25-0,6% углерода) и высокоуглеродистой (более 0,6% углерода). Углеродистая инструментальная сталь маркируется литерой «У», а следующая за буквой цифра указывает на содержание углерода в процентах.

Горячекатаную (сортовая, фасонная, толстолистовая, тонколистовая, широкополосная) и холоднокатаную (тонколистовая) относят к сталям обыкновенного качества, содержащим не более 0,02% серы и фосфора. Горячекатаные и кованые изделия диаметром до 250 мм: калиброванная сталь и серебрянка, – относятся к качественным конструкционным сталям, содержащим серу и фосфор не более 0,03%. В изготовлении инструментов используют сталь марки У7-У13 и У7А-У13А. По назначению углеродистые стали делятся на две группы:

стали для статически нагруженного инструмента
для работы при ударных нагрузках.

Ударные нагрузки свойственны таким инструментам, как зубила, клейма по металлу, деревообделочный инструмент, в частности пилы, топоры и т.д. Для их изготовления применяется сталь марок У7-У9. Напильники, шаберы, острый хирургический инструмент, а также простые штампы холодного деформирования изготавливаются из сталей марок У10-У13.

В ходе горячей пластической обработки и охлаждения на воздухе углеродистой доэвтектоидной стали, она приобретает структуру из пластинчатого перлита и небольшого количества феррита. А заэвтектоидные стали приобретают структуру сплошной или прерывистой сетки по границам бывших зерен аустенита пластинчатого перлита и избыточного цементита.

Углеродистые инструментальные стали нуждаются в предварительной и окончательной обработках.

В предварительной обработке посредствам отжига при 740—760°С получается микроструктура из зернистого перлита. Такая структура имеет однородные свойства и облегчает механическую обработку инструмента.

Окончательная обработка: закалка в воде от 780—810°С и низкий отпуск.

Инструменты малого диаметра после закалки в воде прокаливаются насквозь: углеродистые стали имеют высокую критическую скорость закалки. Чтобы не появлялось мягких пятен нельзя допускать даже малейшее замедление охлаждения при закалке, так как это может привести к частичному распаду аустенита при температурах перлитного интервала. Распад аустенита при температурах около 500—550°С проходит за несколько секунд. Прокаливание после закалки в воде часто вызывает деформации.

Инструменты крупных размеров закаливаются на мартенсит только в тонком поверхностном слое. Внутри инструмента материал имеет менее хрупкую структуру и изделие лучше переносит толчки и удары по сравнению с закаленными насквозь.

Для инструментов сечения до 5 мм углеродистые стали являются наиболее подходящими. Также оправдано применение углеродистой стали для изготовления напильников, зенкера, метчиков и других инструментов с наименьшей толщиной 18—25 мм, в которых режущая часть приходится только на поверхностный слой.

Среди достоинств углеродистых инструментальных сталей стоит отметить низкую стоимость, обрабатываемость под давлением и возможность резки в отожженном состоянии.

Недостатки заключаются в невысокой скорости резки, ограничении размера инструмента.