Инструментальные стали. По назначению инструментальные стали делятся на стали для режущего, измерительного и штампового инструмента

По назначению инструментальные стали делятся на стали для режущего, измерительного и штампового инструмента. Режущий инструмент работает в условиях длительного контакта и трения с обрабатываемым металлом. Материал для изготовления режущего инструмента должен обладать высокий твердостью HRC 60-62 и износостойкостью. При резании инструмент разогревается, поэтому основным требованием, предъявляемым к инструментальным материалам, является высокая теплостойкость, то есть способность сохранять твердость и режущие свойства при длительном нагреве в процессе работы. Углеродистые и низколегированные стали имеют низкую теплостойкость, поэтому их используют при малых скоростях резания, и чаще - для ручных дереворежущих инструментов.

Углеродистые штамповые стали применяют для изготовления штампов холодного деформирования: пуансонов, матриц, деталей штамповой оснастки. Стали для штампов холодного деформирования должны обладать высокой твердостью и износостойкостью, высокой прочностью и удовлетворительной вязкостью для работы при ударных нагрузках. Высокоуглеродистые инструментальные стали после закалки с низкотемпературным отпуском отвечают этим требованиям, если в процессе работы не возникают сильные температурные воздействия.

Углеродистые инструментальные стали поставляют по ГОСТ 1435-90 «Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали», который распространяется на прутки и полосы кованые; прутки, полосы и мотки горячекатанные (металлопродукцию) из инструментальной нелегированной углеродистой стали, а также в части норм химического состава – на слитки, заготовку, лист, ленту, проволоку. Стандарт содержит следующие марки сталей: У7, У8, У8Г, У10, У12, У13, У8А, У9А, У11А и т.д. Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У и последующими цифрами, показывающими содержание углерода. Если указана одна цифра, то содержание углерода соответствует десятым долям процента. Две цифры указывают на то, что содержание углерода процент или более (таблица 5.3). Эти стали содержат углерода от 0,65 до 1,35%, марганца и кремния от 0,17 до 0,33 %. В марках с повышенным содержанием марганца до 0,58 % указывается буква Г.

Таблица 5.3 - Содержание углерода в инструментальных углеродистых сталях

Сталь, из которой изготовлена металлопродукция, по химическому составу, с учетом содержания вредных примесей, подразделяют на качественную и высококачественную. Буква «А» в конце марки указывает на то, что сталь высококачественная. Например: У10А – сталь углеродистая, инструментальная, высококачественная и содержит 1 % С. Содержание серы в качественных сталях не более 0,028%, фосфора до 0,03%. В высококачественных сталях (с буквой А), соответственно, не более 0,018%S и 0,025%Р.

По состоянию материала металлопродукцию изготавливают без термической обработки; термически обработанной – Т; нагартованной – Н. В технических требованиях указана твердость обработанной металлопродукции, а также временное сопротивление разрыву. Свойства сталей указаны в таблице 5.4.

В отожженном состоянии инструментальные стали имеют низкую твердость (НВ 150 – 180), что позволяет из них изготавливать инструмент при хорошей обрабатываемости. После закалки инструментальные нелегированные стали получают высокую твердость в поверхностном слое (HRC = 63 – 65) и сохраняют вязкую мягкую сердцевину, что является благоприятным для такого инструмента как ручные метчики, пилы, напильники, стамески, долота, зубила. Углеродистые инструментальные стали имеют низкую прокаливаемость и сильное смягчение при разогреве режущей кромки более 200 °С, что ограничивает их использование. Низкая прокаливаемость не позволяет изготавливать инструмент сечением более 20 – 25 мм.

Таблица 5.4 - Механические свойства инструментальной нелегированной стали

Углеродистые стали применяются для изготовления дереворежущего инструмента: фрезы, сверла, резцы и т.д. Режущая кромка инструмента должна обладать высокой твердостью (>= 60 HRCэ) и износостойкостью. Эти свойства имеют высокоуглеродистые стали после термической обработки, закалки с низким отпуском. Например: стали У7, У7А обладают большей вязкостью, чем стали, содержащие более 0,8 % С и их используют для зубил, молотков, топоров, а также для игольной проволоки и слесарно-монтажных инструментов. Стали У8, У8А, У9, применяют для изготовления инструментов для обработки дерева, для форм литья под давлением оловянно-свинцовистых сплавов, для калибров простой формы. Для штампов холодной штамповки используют стали У10, У11, У11А. Стали высоким содержанием углерода (более 1 %) У13, У13А, применяют для напильников, бритвенных ножей, лезвий, хирургических инструментов.