Стали для измерительного инструмента

К сталям для измерительных инструментов предъявляется комплекс требований, из которых наиболее важными являются: высокая износостойкость, сохранение постоянства линейных размеров и формы при эксплуатации, высокая чистота поверхности (высокая полируемость).

Сталь, обладающая после закалки и низкого отпуска высокой твердостью, с течением времени испытывает превращения (старение), в результате которых изменяются объем и первоначальная форма изделий. Абсолютная величина изменений линейных размеров часто не превышает нескольких микронов, что, однако, может оказаться недопустимым для измерительных инструментов высокого класса точности. Старение вызывает следующие процессы, протекающие как изотермически, так и в зависимости от изменений температуры в пределах климатических колебаний:

1) мартенситного превращения некоторой части остаточного аустенита;

2) уменьшения степени тетрагональности мартенсита и выделения мелкодисперсных карбидных частиц;

3) перераспределения в объеме инструмента и уменьшения остаточных напряжений вследствие частичного перехода упругой деформации в пластическую (релаксация).

Первый процесс увеличивает объем, второй – уменьшает, третий процесс развивается в зависимости от условий распределения напряжений, формы и размеров инструмента и часто уменьшает размеры по наибольшей длине.

Обработка холодом после закалки является эффективным способом, уменьшающим последующее старение.

Для стали ШХ–15 проводят закалку в масле от 840–860°С и отпуск при температуре 150–170°С, 1–2 часа. Перед отпуском для снижения количества остаточного аустенита инструмент охлаждают до температуры, не выше 20–25°С. Это повышает стабильность размеров. Структура представляет собой отпущенный мелкоигольчатый мартенсит с равномерным распределением избыточных карбидов и немного остаточного аустенита (8–15 %). Затем проводят обработку холодом, чтобы исключить остаточный аустенит, который может превращаться в мартенсит в процессе эксплуатации и изменять размеры.

Для измерительного инструмента используют стали Х, ХГ, ХВГ после закалки и специального низкого отпуска при 120–130°С с последующей обработкой холодом (до – 70°С) для уменьшения количества остаточного аустенита. В ряде случаев рекомендуется шестикратное повторение обработки холодом и отпуска, при этом количество остаточного аустенита уменьшается в несколько раз.

Для изготовления инструмента с высокой твердостью и износостойкостью, а также с незначительной деформацией во время закалки используют стали типа Х12Ф1, 4Х13, Х18 и др.

Средне– и низкоуглеродистые стали 50, 55 и 20 вследствие лучшей пластичности хорошо принимают холодную штамповку (вырубку) при изготовлении инструментов плоской формы. Инструменты из сталей 50 и 55 закаливают с нагревом ТВЧ, а сталь 20 подвергают ХТО (например, цементации), а затем закаливают от 790–810°С в воде или водных растворах. После закалки проводят отпуск при 150–170°С в течение 2–3 ч. Поскольку инструменты из этих сталей получают закаленный слой небольшой толщины, то развитие в нем процесса старения вызывает лишь незначительное относительно размеров всего инструмента изменение размеров. Наличие вязкой сердцевины облегчает правку инструмента.

Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к инструментальным материалам?

2. Каковы принципы легирования, роль легирующих элементов инструментальных сталей различного назначения?

3. Каковы режимы термообработки сталей ледебуритного класса?

4. Каковы новые направления в создании быстрорежущих сталей?

5. Каков принцип легирования и термообработки штампов холодного деформирования?

6. Каков принцип легирования и термообработки штампов горячего деформирования?

7. Какие существуют новые способы поверхностного упрочнения сталей для режущего инструмента?

8. Какие требования предъявляются к сталям для производства валков горячей прокатки? Какие упрочняющие покрытия используют для валков и технологического оборудования листопрокатных станов?

9. Какие требования предъявляются к сталям для калиброво-измерительного инструмента? Какова роль легирующих элементов в формировании свойств, технология термической обработки?

10. Какие существуют твердые и сверхтвердые материалы? Каков их состав и свойства?